Question

之前已经简单介绍了Java内存模型（JMM），Java内存模型都是围绕着原子性、有序性和可见性展开的。大家可以先回顾一下上一章中的相关内容。为了在适当的场合，确保线程间的有序性、可见性和原子性。Java使用了一些特殊的操作或者关键字来申明、告诉虚拟机，在这个地方，要尤其注意，不能随意变动优化目标指令。关键字volatile就是其中之一。

如果你查阅一下英文字典，有关volatile的解释，你会得到最常用的解释是“易变的，不稳定的”。这也正是使用volatile关键字的语义。

当你用volatile去申明一个变量时，就等于告诉了虚拟机，这个变量极有可能会被某些程序或者线程修改。为了确保这个变量被修改后，应用程序范围内的所有线程都能够“看到”这个改动，虚拟机就必须采用一些特殊的手段，保证这个变量的可见性等特点。

比如，根据编译器的优化规则，如果不使用volatile申明变量，那么这个变量被修改后，其他线程可能并不会被通知到，甚至在别的线程中，看到变量的修改顺序都会是反的。但一旦使用volatile，虚拟机就会特别小心地处理这种情况。

大家应该对上一章中介绍原子性时，给出的MultiThreadLong案例还记忆犹新吧！我想，没有人愿意就这么把数据“写坏”。那这种情况，应该怎么处理才能保证每次写进去的数据不坏呢？最简单的一种方法就是加入volatile申明，告诉编译器，这个long型数据，你要格外小心，因为他会不断地被修改。

下面的代码片段显示了volatile的使用，限于篇幅，这里不再给出完整代码：

public class MultiThreadLong { public volatile static long t=0; public static class ChangeT implements Runnable{ private long to; ……

从这个案例中，我们可以看到，volatile对于保证操作的原子性是有非常大的帮助的。但是需要注意的是，volatile并不能代替锁，它也无法保证一些复合操作的原子性。比如下面的例子，通过volatile是无法保证i++的原子性操作的：

01 static volatile int i=0;
02 public static class PlusTask implements Runnable{
03   @Override
04   public void run() {
05     for(int k=0;k＜10000;k++)
06       i++;
07   }
08 }
09
10 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
11   Thread[] threads=new Thread[10];
12   for(int i=0;i＜10;i++){
13     threads[i]=new Thread(new PlusTask());
14     threads[i].start();
15   }
16   for(int i=0;i＜10;i++){
17     threads[i].join();
18   }
19
20   System.out.println(i);
21 }

执行上述代码，如果第6行i++是原子性的，那么最终的值应该是100000（10个线程各累加10000次）。但实际上，上述代码的输出总是会小于100000。

此外，volatile也能保证数据的可见性和有序性。下面再来看一个简单的例子：

01 public class NoVisibility {
02   private static boolean ready;
03   private static int number;
04
05   private static class ReaderThread extends Thread {
06     public void run() {
07       while (!ready);
08       System.out.println(number);
09     }
10   }
11
12   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
13     new ReaderThread().start();
14     Thread.sleep(1000);
15     number = 42;
16     ready = true;
17     Thread.sleep(10000);
18   }
19 }

上述代码中，ReaderThread线程只有在数据准备好时（ready为true），才会打印number的值。它通过ready变量判断是否应该打印。在主线程中，开启ReaderThread后，就为number和ready赋值，并期望ReaderThread能够看到这些变化并将数据输出。

在虚拟机的Client模式下，由于JIT并没有做足够的优化，在主线程修改ready变量的状态后，ReaderThread可以发现这个改动，并退出程序。但是在Server模式下，由于系统优化的结果，ReaderThread线程无法“看到”主线程中的修改，导致ReaderThread永远无法退出（因为代码第7行判断永远不会成立），这显然不是我们想看到的结果。这个问题就是一个典型的可见性问题。

注意：可以使用Java虚拟机参数-server切换到Server模式。

和原子性问题一样，我们只要简单地使用volatile来申明ready变量，告诉Java虚拟机，这个变量可能会在不同的线程中修改。这样，就可以顺利解决这个问题了。