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前言
在Java并發(fā)編程中，volatile關(guān)鍵字有著至關(guān)重要的作用，在面試中也常常會是必備的一個問題。本文將會介紹volatile關(guān)鍵字的作用以及其實現(xiàn)原理。
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volatile作用
volatile在并發(fā)編程中扮演著重要的角色，volatile是輕量級的synchronized，volatile關(guān)鍵字有兩個作用：
1)保證共享變量的可見性
可見性的意思是當一個線程修改一個共享變量時，另外一個線程能讀到這個修改的值。筆者此前一篇文章Java并發(fā)編程：Java內(nèi)存模型JMM中有說到，Java內(nèi)存模型中有主內(nèi)存和本地內(nèi)存之分，本地內(nèi)存持有共享變量的一份副本，線程對共享變量的修改是先修改本地內(nèi)存的副本，然后再回寫到主內(nèi)存中去。
可能存在這樣的情況，線程A和線程B同時去修改一個共享變量C，假設(shè)線程A先對共享變量C做了修改，而此時線程B卻沒能及時感知到共享變量C已經(jīng)發(fā)生了改變，緊接著B對本地過期的副本數(shù)據(jù)進行了修改，這造成了共享變量的不可見問題。
而使用了volatile關(guān)鍵字修改的共享變量，當線程修改了共享變量之后，會立馬刷新到主內(nèi)存中，并且會使其他線程緩存了該地址的數(shù)據(jù)失效，這就保證了線程之間共享變量的可見性。
2)防止指令重排序
volatile關(guān)鍵字的另外一個作用就是防止指令重排序。代碼在實際執(zhí)行過程中，并不全是按照編寫的順序進行執(zhí)行的，在保證單線程執(zhí)行結(jié)果不變的情況下，編譯器或者CPU可能會對指令進行重排序，以提高程序的執(zhí)行效率。但是在多線程的情況下，指令重排序可能會造成一些問題，最常見的就是雙重校驗鎖單例模式：
- public class SingletonSafe {
- private static volatile SingletonSafe singleton;
- private SingletonSafe() {
- }
- public static SingletonSafe getSingleton() {
- if (singleton == null) {
- synchronized (SingletonSafe.class) {
- if (singleton == null) {
- singleton = new SingletonSafe();
- }
- }
- }
- return singleton;
- }
- }
如果沒有使用volatile關(guān)鍵字，則可能會出現(xiàn)其他線程獲取了一個未初始化完成的singleton對象，具體原因筆者不在這里贅述了，有興趣的同學可以搜索一下“double checked locking with delay initialization”學習下，筆者后續(xù)有時間再寫篇文章分析下。
volatile實現(xiàn)原理
1)可見性實現(xiàn)原理
對于volatile關(guān)鍵字修飾的變量，當對volatile變量進行寫操作的時候，JVM會向處理器發(fā)送一條lock前綴的指令，將這個緩存中的變量回寫到系統(tǒng)主存中。但是就算寫回到內(nèi)存，如果其他處理器緩存的值還是舊的，再執(zhí)行計算操作就會有問題，所以在多處理器下，為了保證各個處理器的緩存是一致的，就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議。
緩存一致性協(xié)議：每個處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了，當處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對應(yīng)的內(nèi)存地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)，當處理器要對這個數(shù)據(jù)進行修改操作的時候，會強制重新從系統(tǒng)內(nèi)存里把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里。
所以，如果一個變量被volatile所修飾的話，在每次數(shù)據(jù)變化之后，其值都會被強制刷入主存。而其他處理器的緩存由于遵守了緩存一致性協(xié)議，也會把這個變量的值從主存加載到自己的緩存中。這就保證了一個volatile在并發(fā)編程中，其值在多個緩存中是可見的。
2)防止指令重排序?qū)崿F(xiàn)原理
volatile防止指令重排序是通過內(nèi)存屏障來實現(xiàn)的。內(nèi)存屏障分為如下三種：
Store Barrier
Store屏障，是x86的”sfence“指令，強制所有在store屏障指令之前的store指令，都在該store屏障指令執(zhí)行之前被執(zhí)行。
Load Barrier
Load屏障，是x86上的”ifence“指令，強制所有在load屏障指令之后的load指令，都在該load屏障指令執(zhí)行之后被執(zhí)行
Full Barrier
Full屏障，是x86上的”mfence“指令，復合了load和save屏障的功能。
Java內(nèi)存模型中volatile變量在寫操作之后會插入一個store屏障，在讀操作之前會插入一個load屏障。一個類的final字段會在初始化后插入一個store屏障，來確保final字段在構(gòu)造函數(shù)初始化完成并可被使用時可見。也正是JMM在volatile變量讀寫前后都插入了內(nèi)存屏障指令，進而保證了指令的順序執(zhí)行。
本文標題：深入理解Java的Volatile關(guān)鍵字
瀏覽路徑：http://www.5511xx.com/article/djddoej.html
