概述
在本教程中，我们将学习volatile关键字与原子类的区别，以及它们解决的问题。首先，我们需要了解Java如何处理线程间的通信，并了解可能出现的意外问题（请参阅Java常见并发陷阱）。
线程安全是理解多线程应用程序内部工作的重要话题。我们也会讨论竞态条件，但不会深入探讨。
2. 并发问题
让我们通过一个简单的例子来观察原子类与volatile关键字的区别。假设我们要创建一个计数器，它将在多线程环境中工作。
理论上，任何应用线程都可以增加这个计数器的值。让我们用一种朴素的方法开始实现，并查看会出现什么问题：
public class UnsafeCounter {
private int counter;
int getValue() {
return counter;
}
void increment() {
counter++;
}
}
这是一个完全工作的计数器，但不幸的是，仅适用于单线程应用。这种做法在多线程环境中会遇到可见性和同步问题。在大型应用中，这可能会导致难以追踪bug，甚至损坏用户数据。
3. 可见性问题
在多线程应用中，可见性问题是其中一个挑战。这个问题与Java的内存模型密切相关（请参阅java-volatile#共享多处理器架构）。
在多线程应用中，每个线程都有其对共享资源的缓存版本，并根据事件或调度更新主内存中的值。
线程缓存和主内存中的值可能不同。因此，即使一个线程在主内存中更新了值，这些更改也不会立即对其他线程可见。这就是可见性问题。
volatile关键字通过绕过本地线程的缓存来帮助我们解决这个问题。这样，volatile变量对所有线程都是可见的，所有线程都会看到相同的值。因此，当一个线程更新值时，所有线程都会看到新值。我们可以将其视为低级观察者模式，可以重写之前的实现：
public class UnsafeVolatileCounter {
private volatile int counter;
public int getValue() {
return counter;
}
public void increment() {
counter++;
}
}
上述示例改进了计数器并解决了可见性问题。然而，我们仍然存在同步问题，我们的计数器在多线程环境中可能无法正确工作。
4. 同步问题
虽然volatile关键字有助于解决可见性问题，但我们仍然面临另一个问题。在我们的递增示例中，我们对变量count执行了两次操作。首先，我们读取该变量，然后为其分配新值。这意味着递增操作是非原子的。
**我们面临的是一个竞态条件**。每个线程应先读取值，然后递增，最后再写回。当多个线程开始使用该值并在另一线程写入之前读取时，问题就会出现。
这样，一个线程可能会覆盖另一个线程写入的结果。synchronized关键字可以解决这个问题。但是，这种方法可能会造成瓶颈，不是解决这个问题最优雅的解决方案。
5. 原子值
原子值提供了处理此类问题的更好、更直观的方式。它们的接口允许我们在没有同步问题的情况下与值进行交互和更新。
在内部，原子类确保在这种情况下，递增将是一个原子操作。因此，我们可以使用它来创建线程安全的实现：
public class SafeAtomicCounter {
private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
public int getValue() {
return counter.get();
}
public void increment() {
counter.incrementAndGet();
}
}
我们的最终实现是线程安全的，可以在多线程应用中使用。它与我们的第一个示例没有太大区别，只有通过使用原子类，我们才能在多线程代码中解决可见性和同步问题。
6. 总结
在本文中，我们了解到在多线程环境中工作时必须非常谨慎。这些问题可能很难追踪，而且在调试时可能不会出现。因此，了解Java如何处理这种情况至关重要。
volatile关键字可以帮助解决可见性问题，并解决内在原子操作的问题。设置标志是volatile关键字可能有用的例子之一。
原子变量有助于处理非原子操作，如递增-递减，或者任何需要在分配新值之前读取值的操作。原子值是解决代码中同步问题的一种简单而方便的方式。
如往常一样，示例代码可在GitHub上找到。