之前在學習volatile時，踩過一些坑。通過這些坑，學習了一些jvm的鎖優化機制。后來在面試的過程中，被問到的概率還挺高。于是，我整理了這篇踩坑記錄。

1. java多線程內存模型

在聊踩坑記錄前，先要了解下java多線程內存模型。大家可通過“并發編程網”的一篇文章去學習這塊知識，網址是http://ifeve.com/java-memory-model-1/。下面截取部分段落，先讓大家熟悉下。

在java中，所有實例域、靜態域和數組元素存儲在堆內存中，堆內存在線程之間共享（本文使用“共享變量”這個術語代指實例域，靜態域和數組元素）。

局部變量（Local variables），方法定義參數（java語言規范稱之為formal method parameters）和異常處理器參數（exception handler parameters）不會在線程之間共享，它們不會有內存可見性問題，也不受內存模型的影響。

Java線程之間的通信由Java內存模型（本文簡稱為JMM）控制，JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。

從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內存之間的抽象關系：線程之間的共享變量存儲在主內存（main memory）中，每個線程都有一個私有的本地內存（local memory），本地內存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。

本地內存是JMM的一個抽象概念，并不真實存在。它涵蓋了緩存，寫緩沖區，寄存器以及其他的硬件和編譯器優化。

Java內存模型的抽象示意圖如下：

多線程內存模型

從上圖來看，線程A與線程B之間如要通信的話，必須要經歷下面2個步驟：

1、首先，線程A把本地內存A中更新過的共享變量副本刷新到主內存中去。

2、然后，線程B到主內存中去讀取線程A之前已更新過的共享變量。

上面內容可以總結如下：

1、多線程在運行時，會有主內存和工作內存的區分。 2、每個線程都有各自的工作內存，工作內存會復制一份主內存的變量副本。 3、線程其后的運行，都是修改工作內存中的變量副本。然后在某個時間，再同步到主存中。 4、這種工作機制，可能使得多個線程在同一個時刻獲取到的變量值不同。

2. volatile關鍵字的作用

2.1. volatile關鍵字語義

共享變量被volatile修飾之后，那么就具備了兩層語義：

1）保證了不同線程對這個變量進行操作時的可見性，即一個線程修改了某個變量的值，這新值對其他線程來說是立即可見的。

2）禁止進行指令重排序。

2.2. volatile關鍵字如何保證線程間的可見性？

1、使用volatile關鍵字，線程會將修改的值立即同步至主內存中

2、使用volatile關鍵字，線程會強制從主存中讀取值。

3、所以，這就保證了某個線程修改的值，會立即被其余線程獲得。

2.3. volatile關鍵字不保證原子性

volatile并不能代替synchronized關鍵字，因為它不能保證原子性。

下面給大家舉個例子：

1、多個線程對變量i進行自增操作。 2、A線程從主存中獲得變量i的值，為6. 3、在A獲取主存的值后，B線程將運算結果7同步至主存。 4、A線程對變量i進行i++操作，然后同步至主存。主存結果依然為7。這時i++明顯小于預期結果。

造成上述原因，就是因為volatile關鍵字不能保證自增操作的原子性。

3. 踩坑之synchronized的可見性

看完java多線程模型和volatile關鍵字的作用，我們正式來聊踩坑記錄。

public class VolatileTest implements Runnable {public static String name = "dog";@Overridepublic void run() {while (true) {System.out.println(name);}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {VolatileTest volatileTest = new VolatileTest();Thread thread = new Thread(volatileTest);thread.start();// 讓主線程睡一段時間，保證子線程的開啟。Thread.sleep(5000);VolatileTest.name = "wangcai";} }

上述的name字段，我并沒有加volatile關鍵字。我還調用了Thread.sleep(5000);,以便讓子線程先開啟。

按照多線程模型的描述，子線程里的name字段應該是拷貝的變量副本“dog”。所以我在主線程修改name值為“wangcai”，并不對子線程可見。所以，按理來說，應無限循環打印“dog”。但事實上，打印結果如下：

dog dog dog wangcai wangcai wangcai

這和上面的原理不符啊，一度讓我十分困惑。后來我翻了下System.out.println的源碼，發現其源碼如下：

public void println(String x) {synchronized (this) {print(x);newLine();} }

看到源碼，答案也就呼之欲出了。因為println方法添加了synchronized關鍵字。synchronized不僅能保證原子性，還能保證代碼塊里變量的可見性。所以，每次打印的值都是從主存中獲取的，自然也就變為了“wangcai”。

4. 踩坑之我以為我懂了

發現上述原因后，我決定不再用System.out.println打印變量，這樣就不會觸發從主存中讀取數據。然而我還是太天真，事情的發展就是這么曲折。

我修改的代碼如下：

public class VolatileTest implements Runnable {public static String name = "dog";@Overridepublic void run() {for (; ; ) {if ("wangcai".equals(name)) {break;}System.out.println("我不是旺財");}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {VolatileTest volatileTest = new VolatileTest();Thread thread = new Thread(volatileTest);thread.start();Thread.sleep(5000);VolatileTest.name = "wangcai";} }

這次我仍然沒有添加volatile關鍵字，更沒有打印name變量。按理說，這次應該無限循環打印“我不是旺財”了吧。但是線程跳出循環，并停止了。這時，我已經開始對多線程模型產生動搖了。經過探索，我又知道了“鎖粗化”的概念。

5. 鎖粗化

下面，我們看看《深入理解java虛擬機》對鎖粗化的描述：

原則上,我們在編寫代碼的時候，總是推薦將同步塊的作用范圍限制得盡量小-只在共享數據的實際作用域中才進行同步，這樣是為了使得需要同步的操作數量盡可能變小，如果存在鎖競爭，那等待鎖的線程也能盡快拿到鎖。

大部分情況下，上面的原則都是正確的，但是如果一系列的連續操作都對同一個對象反復加鎖和解鎖，甚至加鎖操作是出現在循環體中的，那即使沒有線程競爭，頻繁地進行互斥同步操作也會導致不必要的性能損耗。

如果虛擬機探測到有這樣零碎的操作都對統一對象加鎖，將會把加鎖同步的范圍擴展(粗化)到整個操作序列的外部。

將原代碼生成的class文件進行反編譯，得到如下代碼：

public void run() {while(!"wangcai".equals(name)) {System.out.println("我不是旺財");} }

于是，while循環里的System.out.println("我不是旺財");具有同步代碼塊，每次都對PrintStream加鎖。于是，經過虛擬機的鎖粗化，鎖擴展到了外部，可見性也擴展到了外部。所以子線程能看見主線程對name的改變，所以會讓線程跳出，并停止。

6. 守得云開見月明

public class Test implements Runnable {private static String name = "dog";@Overridepublic void run() {while (true) {if ("wangcai".equals(name)) {System.out.println(name);break;}}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Test test = new Test();Thread thread = new Thread(test);thread.start();Thread.sleep(5000);Test.name = "wangcai";} }

最終，將代碼改成如上的樣式。不加volatile,主線程對name的改變，子線程不可見。所以線程會一直循環，不退出。

加了volatile，主線程的對name的改變，子線程是可見的。所以會打出“wangcai”，并退出。

看到這里，如果你有某些疑問，我會覺得你好好研讀上面的內容了。在while循環快中，我也加入了System.out.println函數，為什么沒有進行鎖粗化?這個依然是由反編譯后的代碼來決定的：

public void run() {while(!"wangcai".equals(name)) {;}System.out.println("我是旺財"); }

通過反編譯得到的源碼，我們發現虛擬機對第二個代碼進行了優化，是將System.out.println("我是旺財");放在循環外的。而第一個優化后的代碼，是將System.out.println("我不是旺財");放在循環里的。

所以，第二個不會進行鎖粗化，而第一個會進行鎖粗化。

7. 總結

上面就是我在學習volatile關鍵字時，遇到的各種坑。但是通過踩坑，我不僅更加深入了解了volatile關鍵字，我也學會了虛擬機的鎖粗化機制。雖然我一開始是茫然的，但是我沒有放棄思考。每一次的難題，都會讓我彌補知識上的短板。走出自己的知識舒適區，你才能收獲成長。

通過實戰，你會更為扎實地掌握所學知識點。面試的時候，通過代碼向面試官闡述自己的思考過程，更能凸顯出你將理論融入實踐的能力，而不只是“紙上談兵”。

后面有機會，我還會和大家分享volatile關于“防止指令重排序”的特性以及其他鎖優化機制。

還是那句話,愿我們共同進步！

作者：永不言Qi QQ: 591232672 e-mail：stephenqi@qq.com 版權聲明：轉載請保留此鏈接，不得用于商業用途。 雖然我不是最優秀的程序員，但我還是想盡自己最大的努力，去分享一些學習心得。 如有錯誤，歡迎指正。若有幸能博得您的喜愛，歡迎關注及點贊哦。 愿我們共同進步!

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的通过踩坑带你读透虚拟机的“锁粗化”的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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