原子类和 volatile 有什么异同

案例说明 volatile 和原子类的异同

我们首先看一个案例。如图所示，我们有两个线程。

在图中左上角可以看出，有一个公共的 boolean flag 标记位，最开始赋值为 true，然后线程 2 会进入一个 while 循环，并且根据这个 flag 也就是标记位的值来决定是否继续执行或着退出。

最开始由于 flag 的值是 true，所以首先会在这里执行一定时期的循环。然后假设在某一时刻，线程 1 把这个 flag 的值改为 false 了，它所希望的是，线程 2 看到这个变化后停止运行。

但是这样做其实是有风险的，线程 2 可能并不能立刻停下来，也有可能过一段时间才会停止，甚至在最极端的情况下可能永远都不会停止。

为了理解发生这种情况的原因，我们首先来看一下 CPU 的内存结构，这里是一个双核的 CPU 的简单示意图：

可以看出，线程 1 和线程 2 分别在不同的 CPU 核心（在不同的核上运行）上运行，每一个核心都有自己的本地内存，并且在下方也有它们共享的内存。

最开始它们都可以读取到 flag 为 true ，不过当线程 1 这个值改为 false 之后，线程 2 并不能及时看到这次修改，因为线程 2 不能直接访问线程 1 的本地内存，这样的问题就是一个非常典型的可见性问题。

要想解决这个问题，我们只需要在变量的前面加上 volatile 关键字修饰，只要我们加上这个关键字，那么每一次变量被修改的时候，其他线程对此都可见，这样一旦线程 1 改变了这个值，那么线程 2 就可以立刻看到，因此就可以退出 while 循环了。

之所以加了关键字之后就就可以让它拥有可见性，原因在于有了这个关键字之后，线程 1 的更改会被 flush 到共享内存中，然后又会被 refresh 到线程 2 的本地内存中，这样线程 2 就能感受到这个变化了，所以 volatile 这个关键字最主要是用来解决可见性问题的，可以一定程度上保证线程安全。

现在让我们回顾一下很熟悉的多线程同时进行 value++ 的场景，如图所示：

如果它被初始化为每个线程都加 1000 次，最终的结果很可能不是 2000。由于 value++ 不是原子的，所以在多线程的情况下，会出现线程安全问题。但是如果我们在这里使用 volatile 关键字，能不能解决问题呢？

很遗憾，答案是即便使用了 volatile 也是不能保证线程安全的，因为这里的问题不单单是可见性问题，还包含原子性问题。

重点！重点！重点！因为，这里并不是直接赋值，先读取，然后在加++1，在写回去，这个时候，在thread-1 读取时（准备修改时），thread-2,也可能读取走数据进行修改，这个时候，当thread-1 完成了数据修改时，thread -2虽然知道了值修改了，但是自己经在这家做了操作。（不明白，那只能证明，多线程不适合你。。。。。）

我们有多种办法可以解决这里的问题，第 1 种是使用 synchronized 关键字，如图所示：

这样一来，两个线程就不能同时去更改 value 的数值，保证了 value++ 语句的原子性，并且 synchronized 同样保证了可见性，也就是说，当第 1 个线程修改了 value 值之后，第 2 个线程可以立刻看见本次修改的结果。

解决这个问题的第 2 个方法，就是使用我们的原子类，如图所示：

比如用一个 AtomicInteger，然后每个线程都调用它的 incrementAndGet 方法。

在利用了原子变量之后就无需加锁，我们可以使用它的 incrementAndGet 方法，这个操作底层由 CPU 指令保证原子性，所以即便是多个线程同时运行，也不会发生线程安全问题。

原子类和 volatile 的使用场景

那下面我们就来说一下原子类和 volatile 各自的使用场景。

我们可以看出，volatile 和原子类的使用场景是不一样的，如果我们有一个可见性问题，那么可以使用 volatile 关键字，但如果我们的问题是一个组合操作，需要用同步来解决原子性问题的话，那么可以使用原子变量，而不能使用 volatile 关键字。

通常情况下，volatile 可以用来修饰 boolean 类型的标记位，因为对于标记位来讲，直接的赋值操作本身就是具备原子性的，再加上 volatile 保证了可见性，那么就是线程安全的了。

而对于会被多个线程同时操作的计数器 Counter 的场景，这种场景的一个典型特点就是，它不仅仅是一个简单的赋值操作，而是需要先读取当前的值，然后在此基础上进行一定的修改，再把它给赋值回去。这样一来，我们的 volatile 就不足以保证这种情况的线程安全了。我们需要使用原子类来保证线程安全。

引用：https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=16#/detail/pc?id=279

Java多线程学习二十八：原子类和 volatile 有什么异同？相关推荐

Java多线程学习二十九：AtomicInteger（原子类）和 synchronized 的异同点？
原子类和 synchronized 关键字都可以用来保证线程安全,在本课时中,我们首先分别用原子类和 synchronized 关键字来解决一个经典的线程安全问题,给出具体的代码对比,然后再分析它们背 ...
Java多线程学习二十六：原子类是如何利用 CAS 保证线程安全的？
什么是原子类,以及它有什么作用. 在编程领域里,原子性意味着"一组操作要么全都操作成功,要么全都失败,不能只操作成功其中的一部分".而 java.util.concurrent.a ...
Java多线程学习三十八：你知道什么是 CAS 吗
CAS 简介 CAS 其实是我们面试中的常客,因为它是原子类的底层原理,同时也是乐观锁的原理,所以当你去面试的时候,经常会遇到这样的问题"你知道哪些类型的锁"?你可能会回答&quo ...
Java多线程学习二十：HashMap 为什么是线程不安全的
为什么 HashMap 是线程不安全的?而对于 HashMap,相信你一定并不陌生,HashMap 是我们平时工作和学习中用得非常非常多的一个容器,也是 Map 最主要的实现类之一,但是它自身并不具备 ...
Java多线程学习二十五：阻塞和非阻塞队列的并发安全原理||如何选择适合自己的阻塞队列？
阻塞和非阻塞队列的并发安全原理. 之前我们探究了常见的阻塞队列的特点,以 ArrayBlockingQueue 为例, 首先分析 BlockingQueue 即阻塞队列的线程安全原理,然后再看看它的兄 ...
Java多线程学习二十四：阻塞队列包含哪些常用的方法？add、offer、put 等方法的区别？
阻塞队列包含哪些常用的方法,以及 add,offer,put 等方法的区别. 在阻塞队列中有很多方法,而且它们都非常相似,所以非常有必要对这些类似的方法进行辨析,所以本课时会用分类的方式,和你一起,把 ...
Java小白学习二十八——冒泡排序
冒泡排序比较数组中,两个相邻的元素,如果第一个数比第二个数大,我们就交换他们的位置每一次比较,都会产生一个最大,或者最小的数字下一轮则可以少一次排序依次循环,直到结束 package com. ...
Java多线程学习二十二：为什么 Map 桶中超过 8 个才转为红黑树
为什么 Map 的桶中超过 8 个才转为红黑树? JDK 1.8 的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 都有这样一个特点:最开始的 Map 是空的,因为里面没有任何元素,往里放元 ...
Java多线程学习二十七：AtomicInteger 在高并发下性能不好，如何解决？为什么？
AtomicInteger 在高并发下性能不好,如何解决?以及为什么会出现这种情况? 我们知道在 JDK1.5 中新增了并发情况下使用的 Integer/Long 所对应的原子类 AtomicInte ...

Java多线程学习二十八：原子类和 volatile 有什么异同？