正确使用volatile

volatile语义

     1. 内存可见性
        一个线程修改了volatile修饰的变量的值后，新值对另一个线程立即可见
        
     2. 禁止指令重排序优化
        对volatile修饰对变量进行读写操作的前后插入内存屏障以达到禁止volatile修饰的变量和其前后其他变量的指令重排序
        
     3. 使用时的表现：
        对volatile修饰的变量进行读操作时，将线程工作内存里的变量副本置为无效，然后从主内存读取并刷新工作内存的变量副本
        对volatile修饰对变量进行写操作时，将线程工作内存里对变量副本刷新到主内存
        
     4. 注意事项：
        volatile只能保证可见性和对此变量单独操作的原子性，当对volatile修饰的变量涉及到复合操作时不能保证原子性，也就不能保证并发的安全性了
        比如：
        private static volatile int count = 0;
                  count++; //累加操作是一个复合操作，即使volatile修饰，多线程时也不能保证原子性
       
       private static volatile boolean flag = false;
              flag = true; //当作标志位使用时，使用volatile可以保证多线程并发安全性

参考文章【编程玄学】一个困扰我122天的技术问题，我好像知道答案了，不使用volatile时由于JIT优化，会出现很多表面看起来莫名其妙的问题，所以一定要正确使用volatile，不要依赖于编译器和JVM的优化操作。

举例说明

环境：

[qiaojian@Mac ~ ]% java -version                                                          [0]
java version "1.8.0_131"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

如下代码片段，注意两个地方：

设置flag为true之前sleep 2毫秒
在while循环里累加计数

public class TestVolatile {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) {
        NonVolatile nonVolatile = new NonVolatile();
        nonVolatile.start();
        while (!nonVolatile.flag) {
            count++;
        }
        System.out.println("FLAG:TRUE 主程序退出" + count);
    }

    static class NonVolatile extends Thread {
        //private volatile boolean flag = false;
        private boolean flag = false;
        @Override
        public void run() {
            try {
                // 程序执行结果还依赖于sleep时间
                Thread.sleep(2);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("SET FLAG=TRUE");
        }
    }
}

编译运行代码执行结果如下：

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[qiaojian@Mac ~ ]% java TestVolatile                                                      [0]
SET FLAG=TRUE
FLAG:TRUE 主程序退出 61475

然后我们把sleep时间设置长一点比如10毫秒

public class TestVolatile {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) {
        NonVolatile nonVolatile = new NonVolatile();
        nonVolatile.start();
        while (!nonVolatile.flag) {
            count++;
        }
        System.out.println("FLAG:TRUE 主程序退出" + count);
    }

    static class NonVolatile extends Thread {
        //private volatile boolean flag = false;
        private boolean flag = false;
        @Override
        public void run() {
            try {
                // 程序执行结果还依赖于sleep时间
                Thread.sleep(10);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("SET FLAG=TRUE");
        }
    }
}

再次编译运行看看效果，发现此时主线程死循环了未退出程序

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[qiaojian@Mac ~ ]% java TestVolatile                                                      [0]
SET FLAG=TRUE
^C%

再次执行，这次加上禁止JIT优化选项，发现主线程可以正常退出了

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[qiaojian@Mac ~ ]% java -Xint TestVolatile                                                [0]
SET FLAG=TRUE
FLAG:TRUE 主程序退出 488111

由此可见，sleep时间的长短对共享变量的可见性也有影响，为什么呢？

因为sleep时间短，while循环短不会触发JIT优化操作。while循环过长超过一定次数时会触发JIT优化操作，将

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while (!nonVolatile.flag) {
    count++;
}

优化为：

if (!nonVolatile.flag) {
		while (true) {
    		count++;
    }
}

然后我们将flag变量使用volatile修饰，会发现不管设置flag为true之前sleep多久，主线程都可以正常退出。这就是volatile关键字对程序正确性所作出的保证。

public class TestVolatile {
    private static int count = 0;
    public static void main(String[] args) {
        NonVolatile nonVolatile = new NonVolatile();
        nonVolatile.start();
        while (!nonVolatile.flag) {
            count++;
        }
        System.out.println("FLAG:TRUE 主程序退出" + count);
    }

    static class NonVolatile extends Thread {
        private volatile boolean flag = false;
        //private boolean flag = false;
        @Override
        public void run() {
            try {
                // 程序执行结果还依赖于sleep时间
                Thread.sleep(30*1000);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("SET FLAG=TRUE");
        }
    }
}

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[qiaojian@Mac ~ ]% java TestVolatile                                                      [0]
SET FLAG=TRUE
FLAG:TRUE 主程序退出 1628189977