Java 并發(fā)編程(三)：如何保證共享變量的可見性？

上一篇，我們談了談如何通過同步來保證共享變量的原子性（一個操作或者多個操作要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過程不會被任何因素打斷，要么就都不執(zhí)行），本篇我們來談一談如何保證共享變量的可見性（多個線程訪問同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值）。

我們使用同步的目的不僅是，不希望某個線程在使用對象狀態(tài)時，另外一個線程在修改狀態(tài)，這樣容易造成混亂；我們還希望某個線程修改了對象狀態(tài)后，其他線程能夠看到修改后的狀態(tài)——這就涉及到了一個新的名詞：內(nèi)存（可省略）可見性。

要了解可見性，我們得先來了解一下 Java 內(nèi)存模型。

Java 內(nèi)存模型（Java Memory Model，簡稱 JMM）描述了 Java 程序中各種變量（線程之間的共享變量）的訪問規(guī)則，以及在 JVM 中將變量存儲到內(nèi)存→從內(nèi)存中讀取變量的底層細(xì)節(jié)。

要知道，所有的變量都是存儲在主內(nèi)存中的，每個線程會有自己獨立的工作內(nèi)存，里面保存了該線程使用到的變量副本（主內(nèi)存中變量的一個拷貝）。見下圖。

也就是說，線程 1 對共享變量 chenmo 的修改要想被線程 2 及時看到，必須要經(jīng)過 2 個步驟:

1、把工作內(nèi)存 1 中更新過的共享變量刷新到主內(nèi)存中。
2、將主內(nèi)存中最新的共享變量的值更新到工作內(nèi)存 2 中。

那假如共享變量沒有及時被其他線程看到的話，會發(fā)生什么問題呢？

public class Wanger {
    private static boolean chenmo = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (!chenmo) {
                }
            }
        });
        thread.start();
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        chenmo = true;

    }

}

這段代碼的本意是：在主線程中創(chuàng)建子線程，然后啟動它，當(dāng)主線程休眠 500 毫秒后，把共享變量 chenmo 的值修改為 true 的時候，子線程中的 while 循環(huán)停下來。但運行這段代碼后，程序似乎進(jìn)入了死循環(huán)，過了 N 個 500 毫秒，也沒有要停下來的意思。

為什么會這樣呢？

因為主線程對共享變量 chenmo 的修改沒有及時通知到子線程（子線程在運行的時候，會將 chenmo 變量的值拷貝一份放在自己的工作內(nèi)存當(dāng)中），當(dāng)主線程更改了 chenmo 變量的值之后，但是還沒來得及寫入到主存當(dāng)中，那么子線程此時就不知道主線程對 chenmo 變量的更改，因此還會一直循環(huán)下去。

換句話說，就是：普通的共享變量不能保證可見性，因為普通共享變量被修改之后，什么時候被寫入主內(nèi)存是不確定的，當(dāng)其他線程去讀取時，此時內(nèi)存中可能還是原來的舊值，因此無法保證可見性。

那怎么解決這個問題呢？

使用 volatile 關(guān)鍵字修飾共享變量 chenmo。

因為 volatile 變量被線程訪問時，會強迫線程從主內(nèi)存中重讀變量的值，而當(dāng)變量被線程修改時，又會強迫線程將最近的值刷新到主內(nèi)存當(dāng)中。這樣的話，線程在任何時候總能看到變量的最新值。

我們來使用 volatile 修飾一下共享變量 chenmo。

private static volatile boolean chenmo = false;

再次運行代碼后，程序在一瞬間就結(jié)束了，500 毫秒畢竟很短啊。在主線程（main 方法）將 chenmo 修改為 true 后，chenmo 變量的值立即寫入到了主內(nèi)存當(dāng)中；同時，導(dǎo)致子線程的工作內(nèi)存中緩存變量 chenmo 的副本失效了；當(dāng)子線程讀取 chenmo 變量時，發(fā)現(xiàn)自己的緩存副本無效了，就會去主內(nèi)存讀取最新的值(由 false 變?yōu)?true 了)，于是 while 循環(huán)也就停止了。

也就是說，在某種場景下，我們可以使用 volatile 關(guān)鍵字來安全地共享變量。這種場景之一就是：狀態(tài)真正獨立于程序內(nèi)地其他內(nèi)容，比如一個布爾狀態(tài)標(biāo)志（從 false 到 true，也可以再轉(zhuǎn)換到 false），用于指示發(fā)生了一個重要的一次性事件。

至于 volatile 的原理和實現(xiàn)機(jī)制，本篇不再深入展開了（小編自己沒搞懂，尷尬而不失禮貌的笑一笑）。

需要再次強調(diào)地是：

volatile 變量可以被看作是一種 “程度較輕的 synchronized”；與 synchronized 相比，volatile 變量運行時地開銷比較少，但是它所能實現(xiàn)的功能也僅是 synchronized 的一部分（只能確?？梢娦?，不能確保原子性）。

原子性我們上一篇已經(jīng)討論過了，增量操作（i++）看上去像一個單獨操作，但實際上它是一個由“讀?。薷模瓕懭搿苯M成的序列操作，因此 volatile 并不能為其提供必須的原子特性。

除了 volatile 和 synchronized，Lock 也能夠保證可見性，它能保證同一時刻只有一個線程獲取鎖然后執(zhí)行同步代碼，并且在釋放鎖之前會將對變量的修改刷新到主存當(dāng)中。關(guān)于 Lock 的更多細(xì)節(jié)，我們后面再進(jìn)行討論。

好了，共享變量的可見性就先介紹到這。希望本篇文章能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?，謝謝大家的閱讀。

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