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徹底理解volatile關(guān)鍵字
volatile關(guān)鍵字是由JVM提供的最輕量級(jí)同步機(jī)制。與被濫用的synchronized不同，我們并不習(xí)慣使用它。想要正確且完全的理解它并不容易。
Java內(nèi)存模型
Java內(nèi)存模型由Java虛擬機(jī)規(guī)范定義，用來屏蔽各個(gè)平臺(tái)的硬件差異。簡(jiǎn)單來說:
線程，主內(nèi)存，工作內(nèi)存的交互關(guān)系如圖。
內(nèi)存間的交互操作有很多，和volatile有關(guān)的操作為：
read（讀取）：作用于主內(nèi)存變量，把一個(gè)變量值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中，以便隨后的load動(dòng)作使用
load（載入）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把read操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作內(nèi)存的變量副本中。
use（使用）：作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量值傳遞給執(zhí)行引擎，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)需要使用變量的值的字節(jié)碼指令時(shí)將會(huì)執(zhí)行這個(gè)操作。
assign（賦值）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦值給工作內(nèi)存的變量，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)給變量賦值的字節(jié)碼指令時(shí)執(zhí)行這個(gè)操作。
store（存儲(chǔ)）：作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便隨后的write的操作。
write（寫入）：作用于主內(nèi)存的變量，它把store操作從工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存的變量中。
對(duì)被volatile修飾的變量進(jìn)行操作時(shí)，需要滿足以下規(guī)則：
規(guī)則1：線程對(duì)變量執(zhí)行的前一個(gè)動(dòng)作是load時(shí)才能執(zhí)行use，反之只有后一個(gè)動(dòng)作是use時(shí)才能執(zhí)行l(wèi)oad。線程對(duì)變量的read，load，use動(dòng)作關(guān)聯(lián)，必須連續(xù)一起出現(xiàn)。-----這保證了線程每次使用變量時(shí)都需要從主存拿到最新的值，保證了其他線程修改的變量本線程能看到。
規(guī)則2：線程對(duì)變量執(zhí)行的前一個(gè)動(dòng)作是assign時(shí)才能執(zhí)行store，反之只有后一個(gè)動(dòng)作是store時(shí)才能執(zhí)行assign。線程對(duì)變量的assign，store，write動(dòng)作關(guān)聯(lián)，必須連續(xù)一起出現(xiàn)。-----這保證了線程每次修改變量后都會(huì)立即同步回主內(nèi)存，保證了本線程修改的變量其他線程能看到。
規(guī)則3：有線程T，變量V、變量W。假設(shè)動(dòng)作A是T對(duì)V的use或assign動(dòng)作，P是根據(jù)規(guī)則2、3與A關(guān)聯(lián)的read或write動(dòng)作；動(dòng)作B是T對(duì)W的use或assign動(dòng)作，Q是根據(jù)規(guī)則2、3與B關(guān)聯(lián)的read或write動(dòng)作。如果A先與B，那么P先與Q。------這保證了volatile修飾的變量不會(huì)被指令重排序優(yōu)化，代碼的執(zhí)行順序與程序的順序相同。
使用volatile關(guān)鍵字的特性
1.被volatile修飾的變量保證對(duì)所有線程可見。
由上文的規(guī)則1、2可知，volatile變量對(duì)所有線程是立即可見的，在各個(gè)線程中不存在一致性問題。那么，我們是否能得出結(jié)論：volatile變量在并發(fā)運(yùn)算下是線程安全的呢？
這確實(shí)是一個(gè)非常常見的誤解，寫個(gè)簡(jiǎn)單的例子：
public class VolatileTest extends Thread{
static volatile int increase = 0;
static AtomicInteger aInteger=new AtomicInteger();//對(duì)照組
static void increaseFun() {
increase++;
aInteger.incrementAndGet();
}
public void run(){
int i=0;
while (i < 10000) {
increaseFun();
i++;
}
}
public static void main(String[] args) {
VolatileTest vt = new VolatileTest();
int THREAD_NUM = 10;
Thread[] threads = new Thread[THREAD_NUM];
for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) {
threads[i] = new Thread(vt, "線程" + i);
threads[i].start();
}
//idea中會(huì)返回主線程和守護(hù)線程，如果用Eclipse的話改為1
while (Thread.activeCount() > 2) {
Thread.yield();
}
System.out.println("volatile的值: "+increase);
System.out.println("AtomicInteger的值: "+aInteger);
}
}
這個(gè)程序我們跑了10個(gè)線程同時(shí)對(duì)volatile修飾的變量進(jìn)行10000的自增操作(AtomicInteger實(shí)現(xiàn)了原子性，作為對(duì)照組)，如果volatile變量是并發(fā)安全的話，運(yùn)行結(jié)果應(yīng)該為100000，可是多次運(yùn)行后，每次的結(jié)果均小于預(yù)期值。顯然上文的說法是有問題的。
volatile修飾的變量并不保值原子性，所以在上述的例子中，用volatile來保證線程安全不靠譜。我們用Javap對(duì)這段代碼進(jìn)行反編譯，為什么不靠譜簡(jiǎn)直一目了然：
getstatic指令把increase的值拿到了操作棧的頂部，此時(shí)由于volatile的規(guī)則，該值是正確的。
iconst_1和iadd指令在執(zhí)行的時(shí)候increase的值很有可能已經(jīng)被其他線程加大，此時(shí)棧頂?shù)闹颠^期。
putstatic指令接著把過期的值同步回主存，導(dǎo)致了最終結(jié)果較小。
volatile關(guān)鍵字只保證可見性，所以在以下情況中，需要使用鎖來保證原子性：
那么volatile的這個(gè)特性的使用場(chǎng)景是什么呢？
具體場(chǎng)景請(qǐng)大家查看這位大神的博客
2.禁止指令重排序優(yōu)化。
由上文的規(guī)則3可知，volatile變量的第二個(gè)語義是禁止指令重排序。指令重排序是什么？簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是
jvm會(huì)把代碼中沒有依賴賦值的地方打亂執(zhí)行順序，由于一些規(guī)則限定，我們?cè)趩尉€程內(nèi)觀察不到打亂的現(xiàn)象（線程內(nèi)表現(xiàn)為串行的語義），但是在并發(fā)程序中，從別的線程看另一個(gè)線程，操作是無序的。
一個(gè)非常經(jīng)典的指令重排序例子：
public class SingletonTest {
private volatile static SingletonTest instance = null;
private SingletonTest() { }
public static SingletonTest getInstance() {
if(instance == null) {
synchronized (SingletonTest.class){
if(instance == null) {
instance = new SingletonTest(); //非原子操作
}
}
}
return instance;
}
}
這是單例模式中的“雙重檢查加鎖模式”，我們看到instance用了volatile修飾，由于 instance = new SingletonTest();可分解為：
1.memory =allocate(); //分配對(duì)象的內(nèi)存空間
2.ctorInstance(memory); //初始化對(duì)象
3.instance =memory; //設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
操作2依賴1，但是操作3不依賴2，所以有可能出現(xiàn)1,3,2的順序，當(dāng)出現(xiàn)這種順序的時(shí)候，雖然instance不為空，但是對(duì)象也有可能沒有正確初始化，會(huì)出錯(cuò)。
總結(jié)
并發(fā)三特征可見性和有序性和原子性中，volatile
通過新值立即同步到主內(nèi)存和每次使用前從主內(nèi)存刷新機(jī)制保證了可見性。
通過禁止指令重排序保證了有序性。
無法保證原子性。
而我們知道，synchronized關(guān)鍵字
通過lock和unlock操作保證了原子性，
通過對(duì)一個(gè)變量unlock前，把變量同步回主內(nèi)存中保證了可見性，
通過一個(gè)變量在同一時(shí)刻只允許一條線程對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ock操作保證了有序性。
他的“萬能”也間接導(dǎo)致了我們對(duì)synchronized關(guān)鍵字的濫用，越泛用的控制，對(duì)性能的影響也越大，雖然jvm不斷的對(duì)synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行各種各樣的優(yōu)化，但是我們還是要在合適的時(shí)候想起volatile關(guān)鍵字啊，哈哈哈哈。
作者 | fumitzuki
來源 | csdn.net/fumitzuki/article/details/81630048
