volatile 的用法和多线程运用

在博问中遇到一个多线程的问题:提问者问到volatile

然后发现一个多线程解释非常好的博客,下面链接

https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

博客理解:

我们在编写代码的时候有时候会用到多线程:

在并发编程中，我们通常会遇到以下三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题

1.原子性:即一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

简单理解就是事件要么全执行要么全不执行

2.可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

简单理解多个线程之间要相互看到对方的操作,保证自己对同一个数据操作不会受到影响

3.有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

代码是按一定顺序排列的,然而有时会发生指令重排序

指令重排序:一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

注意:处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性

单线程排序:处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性,单线程不会代码顺序执行出现错误问题

多线程:

虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果，但是多线程呢？下面看一个例子：
//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2
 
//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
 　　上面代码中，由于语句1和语句2没有数据依赖性，因此可能会被重排序。假如发生了重排序，在线程1执行过程中先执行语句2，
而此是线程2会以为初始化工作已经完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomethingwithconfig(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

 　　从上面可以看出，指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。

　　也就是说，要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确

内存模型

1.原子性:

在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。

只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。

Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

2.可见性:

对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性。

　　当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

　　而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。

　　另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

3.有序性:

在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

　　在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”（具体原理在下一节讲述）。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，
很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。

　　另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。
如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

　　下面就来具体介绍下happens-before原则（先行发生原则）：

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
　　这8条原则摘自《深入理解Java虚拟机》。

下面谈一下:volatile 按顺序理解以下几点:

1.(多线程中运行)在多核CPU中，每条线程可能运行于不同的CPU中，因此每个线程运行时有自己的高速缓存（对单核CPU来说，其实也会出现这种问题，只不过是以线程调度的形式来分别执行的------要记住每一个线程都有自己的域,即是自己的高速缓存

2.volatile 使用作用:

一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：

　　1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。

　　2）禁止进行指令重排序。

3.volatile使用注意

通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：

　　1）对变量的写操作不依赖于当前值

　　2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

　　实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。

　　事实上，我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作，才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行

博问提问:下面第二段代码不执行步骤A ,而

static int initVal = 0; 改成 static volatile int initVal=0就可访问到A步骤
为什么?
当加入 volatile 时,新值对其他线程来说是立即可见的。A步骤被执行
 
当不加volatile 时,新值不是立即可见,initVal改变,另一个线程还是用老值(自己缓存线程的值),还有一种解决让另一个线程休眠一秒
如在

  new Thread(() -> {
            
            int localVal = initVal;
            while (localVal < MAX) {
                
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
                if (initVal != localVal) {
                    b++;
                    System.out.printf("The iniVal is updated to [%d]
", initVal);// A步骤
                    localVal = initVal;
                }
            }
        }, "Reader").start();

public class VolatileDemo2 {
    final static int MAX = 5;
    static int initVal = 0;
    static volatile int b=0;
    public static void main(String[] args) {
         new Thread(() -> {
             int localVal = initVal;
             while (localVal < MAX) {
                 System.out.printf("The initVal will be cahnged to [%d]
", ++localVal);
                 initVal = localVal;

                 try {
                     TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                 } catch (InterruptedException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 
             }
         }, "Updater").start();
         
        new Thread(() -> {
            
            int localVal = initVal;
            while (localVal < MAX) {
                if (initVal != localVal) {
                    b++;
                    System.out.printf("The iniVal is updated to [%d]
", initVal);// A步骤
                    localVal = initVal;
                }
               
            }
        }, "Reader").start();

       
    }
    
}