volatile的正确使用姿势

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volatile特性

volatile具备并发三大特性当中的两种：

可见性

简单地说就是volatile变量修改后，所有线程都能立即实时地看到它的最新值。

有序性

有序性是指系统在进行代码优化时，不能把在volatile变量操作后面的语句放到其前面执行，也不能将volatile变量操作前面的语句放在其后执行。

那接下来我们先来看下volatile关键字是如何解决多线程可见性问题的。

volatile可见性

下面的两个例子演示了变量使用volatile和未使用volatile时，变量更新对多线程执行的影响。

//未使用了volatile
public class NonVolatileDemo {public static boolean stop = false;//任务是否停止,普通变量public static void main(String[] args) throws Exception {Thread thread1 = new Thread(() -> {while (!stop) { //stop=false，不满足停止条件，继续执行//do someting}System.out.println("stop=true，满足停止条件。" +"停止时间：" + System.currentTimeMillis());});thread1.start();Thread.sleep(100);//保证主线程修改stop=true，在子线程启动后执行。stop = true; //trueSystem.out.println("主线程设置停止标识 stop=true。" +"设置时间：" + System.currentTimeMillis());}
}

NonVolatileDemo中，停止标识stop未使用volatile关键字修饰，初始值为false。

创建子线程thread1并启动，在子线程thread1任务中使用停滞标识stop作为判断条件：
当不满足停止条件时，线程会一直运行；
当满足停止条件，终止任务。
稍后，我们在主线程中设置停止标识为true。

我们希望在设置stop=true之后，子线程能够获得到判断条件的变化而停下来

但是执行代码，结果如下图，我们可以看到在主线程设置stop=true后，子线程未及时感知到stop的变化，还在继续执行任务。

也就是子线程并没有知道stop的值改变的这件事情，why???来看看图解：

大家如果对于read/use等指令是干什么的不了解的也不用担心，这是JVM的原子性指令，跟volatile如何实现有序性的内存屏障相关，我们会在下一篇文章中详细讲解。

那通过上图大家知道了一个普通变量在多线程环境下的运行机制，所以为什么出现这个现象也就清楚了，那我们怎样能够解决这个问题呢？使用volatile修饰我们的变量，让它对于所有线程都具有可见性，来看下面的代码

//使用了volatile
public class VolatileDemo {public static volatile boolean stop = false;//任务是否停止，volatile变量public static void main(String[] args) throws Exception {Thread thread1 = new Thread(() -> {while (!stop) { //stop=false，不满足停止条件，继续执行//do someting}System.out.println("stop=true，满足停止条件。" +"停止时间：" + System.currentTimeMillis());});thread1.start();Thread.sleep(100);//保证主线程修改stop=true，在子线程启动后执行。stop = true; //trueSystem.out.println("主线程设置停止标识 stop=true。" +"设置时间：" + System.currentTimeMillis());}
}

在VolatileDemo中，停止标识stop使用volatile关键字修饰，初始值为false。其他代码和NonVolatileDemo完全一致。

结果出来了，NonVolatileDemo代码就存在可见性问题；而在VolatileDemo中通过使用volatile关键字，很简单的保证了多线程下共享变量的可见性。

好奇volatile怎么实现的吗？来来来一张图弄懂它!

现在是不是一目了然了呢？不过大家要注意一点，为了让大家好理解我引入了工作内存的概念，但是实际上工作内存不是真实存在的，想要了解真实的实现逻辑需要了解更多偏硬件的知识，大家有兴趣了解可以关注公众号，回复关键字"工作内存”来领取相关资料。

而且可见性的实现还有更深层的原理，需要配合有序性和内存屏障才能讲透彻，所以有兴趣的同学记得关注下一篇原理剖析哦

初步了解了volatile的基本使用及其可见性，下面我们来看看volatile和synchronized的区别

先上段代码,使用synchonized实现VolatileDemo功能，来直观感受下。

public class SychronizedDemo {public static boolean stop = false;//任务是否停止//同步静态方法，设置stoppublic static synchronized void setStop(boolean flag) {SychronizedDemo.stop = flag;}//同步静态方法，获取stoppublic static synchronized boolean isStop() {return stop;}public static void main(String[] args) throws Exception {Thread thread1 = new Thread(() -> {while (!isStop()) { //stop=false，不满足停止条件，继续执行//do someting}System.out.println("stop=true，满足停止条件。" +"停止时间：" + System.currentTimeMillis());});thread1.start();Thread.sleep(100);//保证主线程修改stop=true，在子线程启动后执行。setStop(true); //trueSystem.out.println("主线程设置停止标识 stop=true。" +"设置时间：" + System.currentTimeMillis());}
}

在SychronizedDemo中，停止标识stop为普通静态变量，初始值为false。stop的设置方法setStop或获取方法isStop都为同步方法，可以保证锁对象SychronizedDemo类静态变量stop的可见性。执行代码，结果如下图，我们可以看到在主线程设置stop=true后，子线程同时感知到stop的变化终止了任务。

大家可以看到volatile和synchronized都实现了同样的功能，但底层实现是有一定差异的。

volatile关键字是Java提供的最轻量级的同步机制，为字段的访问提供了一种免锁机制，使用它不会引起线程的切换及调度。这时使用volatile要比synchronized要简单有效的多，如果使用synchronized还会影响系统的吞吐量。

那volatile关键字即可以保证可见性，而且使用起来这么方便，那它是解决可见性的万能药吗？我能用volatile代替synchonized吗？

事实上，volatile关键字并不是万能的，因为我们前文讲到了volatile并不能保证原子性。

volatile的正确使用方式

使用 volatile 变量的主要原因是单个字段同步操作的简易性。如果只使用了volatile就能实现线程安全，那就放心的使用它，如果同时还需要添加其他的同步措施，那就不要使用。

正确使用的场景举例：变量本身标识是一种状态，或者引用变量的某些属性状态，在代码中需要确保这些状态的可见性，这时就可使用volatile。volatile 变量仅仅是一个状态标识，用于指示发生了一个重要的一次性事件，例如完成初始化标识或请求终止标识。

volatile boolean stop=false;//volatile 变量，用于停止请求的状态标识
public void shutdown() {//停止请求stop = true;
}
public void doWork() {while (!stop) {//判断是否需要停止// do Something  }
}
这样只要任何一个线程调用了shutdown()，其他线程在执行doWork时都可以立即感知到stop变量的变化，这时就可以大胆的使用volatile。这种类型的状态标记的一个公共特性是：通常只有一种状态转换，如标志从false 转换为true。