Java并发编程(18):第五篇中volatile意外问题的正确分析解答(含代码)

《Java并发编程(5:volatile变量修饰符—意料之外的问题(含代码)》一文中遗留了一个问题,就是volatile只修饰了missedIt变量,而没修饰value变量,但是在线程读取value的值的时候,也读到的是最新的数据。但是在网上查了很多资料都无果,看来很多人对volatile的规则并不是太清晰,或者说只停留在很表面的层次,一知半解。

这两天看《深入Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践》第12章:Java内存模型与线程,并在网上查阅了Java内存模型相关资料,学到了不少东西,尤其在看这篇文章的volatile部分的讲解之后,算是确定了问题出现的原因。

首先明确一点:假如有两个线程分别读写volatile变量时,线程A写入了某volatile变量,线程B在读取该volatile变量时,便能看到线程A对该volatile变量的写入操作,关键在这里,它不仅会看到对该volatile变量的写入操作,A线程在写volatile变量之前所有可见的共享变量,在B线程读同一个volatile变量后,都将立即变得对B线程可见。

回过头来看文章中出现的问题,由于程序中volatile变量missedIt的写入操作在value变量写入操作之后,而且根据volatile规则,又不能重排序,因此,在线程B读取由线程A改变后的missedIt之后,它之前的value变量在线程A的改变也对线程B变得可见了。

我们颠倒一下value=50和missedIt=true这两行代码试下,即missedIt=true在前,value=50在后,这样便会得到我们想要的结果:value值的改变不会被看到。

这应该是JDK1.2之后对volatile规则做了一些修订的结果。

修改后的代码如下:

public class Volatile extends Object implements Runnable {
	//value变量没有被标记为volatile
	private int value;  
	//missedIt变量被标记为volatile
	private volatile boolean missedIt;
	//creationTime不需要声明为volatile,因为代码执行中它没有发生变化
	private long creationTime; 

	public Volatile() {
		value = 10;
		missedIt = false;
		//获取当前时间,亦即调用Volatile构造函数时的时间
		creationTime = System.currentTimeMillis();
	}

	public void run() {
		print("entering run()");

		//循环检查value的值是否不同
		while ( value < 20 ) {
			//如果missedIt的值被修改为true,则通过break退出循环
			if  ( missedIt ) {
				//进入同步代码块前,将value的值赋给currValue
				int currValue = value;
				//在一个任意对象上执行同步语句,目的是为了让该线程在进入和离开同步代码块时,
				//将该线程中的所有变量的私有拷贝与共享内存中的原始值进行比较,
				//从而发现没有用volatile标记的变量所发生的变化
				Object lock = new Object();
				synchronized ( lock ) {
					//不做任何事
				}
				//离开同步代码块后,将此时value的值赋给valueAfterSync
				int valueAfterSync = value;
				print("in run() - see value=" + currValue +", but rumor has it that it changed!");
				print("in run() - valueAfterSync=" + valueAfterSync);
				break; 
			}
		}
		print("leaving run()");
	}

	public void workMethod() throws InterruptedException {
		print("entering workMethod()");
		print("in workMethod() - about to sleep for 2 seconds");
		Thread.sleep(2000);
		//仅在此改变value的值
		missedIt = true;
//		value = 50;
		print("in workMethod() - just set value=" + value);
		print("in workMethod() - about to sleep for 5 seconds");
		Thread.sleep(5000);
		//仅在此改变missedIt的值
//		missedIt = true;
		value = 50;
		print("in workMethod() - just set missedIt=" + missedIt);
		print("in workMethod() - about to sleep for 3 seconds");
		Thread.sleep(3000);
		print("leaving workMethod()");
	}

/*
*该方法的功能是在要打印的msg信息前打印出程序执行到此所化去的时间,以及打印msg的代码所在的线程
*/
	private void print(String msg) {
		//使用java.text包的功能,可以简化这个方法,但是这里没有利用这一点
		long interval = System.currentTimeMillis() - creationTime;
		String tmpStr = "    " + ( interval / 1000.0 ) + "000";		
		int pos = tmpStr.indexOf(".");
		String secStr = tmpStr.substring(pos - 2, pos + 4);
		String nameStr = "        " + Thread.currentThread().getName();
		nameStr = nameStr.substring(nameStr.length() - 8, nameStr.length());	
		System.out.println(secStr + " " + nameStr + ": " + msg);
	}

	public static void main(String[] args) {
		try {
			//通过该构造函数可以获取实时时钟的当前时间
			Volatile vol = new Volatile();

			//稍停100ms,以让实时时钟稍稍超前获取时间,使print()中创建的消息打印的时间值大于0
			Thread.sleep(100);  

			Thread t = new Thread(vol);
			t.start();

			//休眠100ms,让刚刚启动的线程有时间运行
			Thread.sleep(100);  
			//workMethod方法在main线程中运行
			vol.workMethod();
		} catch ( InterruptedException x ) {
			System.err.println("one of the sleeps was interrupted");
		}
	}
}

执行结果如下:

很明显,这其实并不符合使用volatile的第二个条件:该变量要没有包含在具有其他变量的不变式中。因此,在这里使用volatile是不安全的。

附上一篇讲述volatile关键字正确使用的很好的文章:http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html

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