一文讀懂 volatile 關(guān)鍵字

作者：對弈
來源：https://www.cnblogs.com/MessiXiaoMo3334/p/12615823.html

volatile是Java虛擬機(jī)提供的輕量級(jí)的同步機(jī)制（“乞丐版”的synchronized）

1. 保證可見性
2. 不保證原子性
3. 禁止指令重排

可見性

指當(dāng)多個(gè)線程訪問同一個(gè)變量時(shí)，如果其中一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值

驗(yàn)證可見性demo：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

class MyData {
    volatile int number = 0;
    public void addTo60() {
        number = 60;
    }
}
public class VolatileDemo {
    public static void main() {
        MyData myData = new MyData();
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t come in");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            myData.addTo60();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t updated number: " + myData.number);
        }, "AAA").start();
        while (myData.number == 0) {}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t mission is over");
    }
}

結(jié)果：

AAA  come in
main     mission is over
AAA  updated number: 60

不保證原子性

原子性：程序中的所有操作是不可中斷的,要么全部執(zhí)行成功要么全部執(zhí)行失敗

不保證原子性正是volatile輕量級(jí)的體現(xiàn)，多個(gè)線程對volatile修飾的變量進(jìn)行操作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)容易出現(xiàn)寫覆蓋的情況（i++）

驗(yàn)證不保證原子性demo：

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class MyData {
    volatile int number = 0;
    public void addPlusPlus() {
        number++;
    }
}
public class VolatileDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    myData.addPlusPlus();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t finally number value: " + myData.number);
    }
}

結(jié)果：

main    finally number value: 19109

解決不保證原子性問題：Atomic

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class MyData {
    volatile int number = 0;
    public void addPlusPlus() {
        number++;
    }

    AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    public void addAtmic() {
        atomicInteger.getAndIncrement();
    }
}
public class VolatileDemo {
    public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                    myData.addAtmic();
                }
            }, String.valueOf(i)).start();
        }
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t finally number value: " + myData.number);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t AtomicInteger type,finally number  value: "
                + myData.atomicInteger);
    }
}

結(jié)果：

main     finally number value: 19746
main     AtomicInteger type,finally number  value: 20000

禁止指令重排

指令重排：為了提高程序運(yùn)行效率，編譯器可能會(huì)對輸入指令進(jìn)行重新排序，即程序中各個(gè)語句的執(zhí)行先后順序同代碼中的順序不一定一致。(但是它會(huì)保證單線程程序最終執(zhí)行結(jié)果和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的，它忽略了數(shù)據(jù)的依賴性）

源代碼 -> 編譯器優(yōu)化重排 -> 指令并行重排 -> 內(nèi)存系統(tǒng)重排 -> 最終執(zhí)行指令

volatile能夠?qū)崿F(xiàn)禁止指令重排的底層原理：

• 內(nèi)存屏障（Memory Barrier）：它是一個(gè)CPU指令。由于編譯器和CPU都能夠執(zhí)行指令重排，如果在指令間插入一條Memory Barrier則會(huì)告訴編譯器和CPU，任何指令都不能和該條Memory Barrier指令進(jìn)行重排序，即通過插入內(nèi)存屏障指令能夠禁止在內(nèi)存屏障前后的指令執(zhí)行重排序 優(yōu)化
• 內(nèi)存屏障的另外一個(gè)作用是強(qiáng)制刷新各種CPU的緩存數(shù)據(jù)，因此任何CPU上的線程都能夠讀取到這些數(shù)據(jù)的最新版本。以上兩點(diǎn)正好對應(yīng)了volatile關(guān)鍵字的禁止指令重排序和內(nèi)存可見性的特點(diǎn)
• 對volatile變量進(jìn)行寫操作時(shí)，會(huì)在寫操作之后加入一條store屏障指令，將工作內(nèi)存中的共享變量copy刷新回主內(nèi)存中；對volatile變量進(jìn)行讀操作時(shí)，會(huì)在讀操作之前加入一條load的屏障指令，從主內(nèi)存中讀取共享變量

應(yīng)用場景：

• 高并發(fā)環(huán)境下DCL單例模式使用volatile

public class SingletonDemo {
        private static volatile SingletonDemo instance = null;
        private SingletonDemo() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "我是構(gòu)造方法SingletonDemo()");
        }
        public static SingletonDemo getInstance() {
            if (instance == null) {
                synchronized (SingletonDemo.class) {
                    if (instance == null) {
                        instance = new SingletonDemo();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                new Thread(() -> {
                    SingletonDemo.getInstance();
                }, String.valueOf(i)).start();
            }
        }
    }

• JUC包下AtomicXxx類：原子類AtomicXxx中都有一個(gè)成員變量value，該value變量被聲明為volatile，保證 AtomicXxx類的內(nèi)存可見性，而原子性由CAS算法&Unsafe類保證，結(jié)合這兩點(diǎn)才能讓AtomicXxx類很好地替代synchronized關(guān)鍵字。

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
        // ...
        private volatile int value;
        // ...
    }

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