volatile关键字简介

目录

• volatile的作用
• 保证变量在多线程中的可见性
• 保证指令的有序性(禁止指令重排)
  • 指令重排的意义
  • volatile通过两点保证指令有序性
    • happens-before
    • 内存屏障
• 使用 volatile 的经典场景

volatile的作用

• 保证变量在多线程中的可见性
• 保证指令的有序性(禁止指令重排)

保证变量在多线程中的可见性

1. 主存中有一个变量a, 它被volatile关键字所修饰, 并且它的值是0

2. T1和T2线程读取了变量a, 此时它们的线程的本地内存(CPU寄存器或高速缓存)中的值都是0

3. 如果T1修改了变量a的值为1, 由于被a变量被volatile所修饰, 那么T1修改之后的a就会被刷新到主存(写屏障), 并且执行T2线程的CPU对a变量的缓存行会失效(读屏障), 强制从主存中获取值, 到达了多线程中变量的可见性的目的

4. 通过内存屏障保证变量在多线程中的可见性, 如果字段被volatile修饰:

   • 读屏障: 在读指令前插入读屏障，可以让高速缓存中的数据失效，重新从主内存加载数据
   • 写屏障: 在写指令之后插入写屏障，能让写入缓存的最新数据写回到主内存

保证指令的有序性(禁止指令重排)

指令重排的意义

• JVM能够根据CPU的特性（CPU的多级缓存系统、多核处理器等）适当的重新排序机器指令，使机器指令更符合CPU的执行特点，最大限度的发挥CPU的性能，提高效率。

• 单线程情况下, 指令重排没问题, 但是多线程环境下, 指令重排可能造成程序的执行结果并不是我们所期待的, 比如单例模式的DCL写法对DCL单例模式的思考

volatile通过两点保证指令有序性

happens-before

happens-before原则(定义一些禁止编译优化的场景，保证并发编程的正确性), 下图来源于: 来源《Java并发编程实践》

内存屏障

• 编译器在生成字节码时， 会在指令序列中插入内存屏障，会多出一个 lock 前缀指令

• 内存屏障是一组处理器指令，解决禁止指令重排序和内存可见性的问题，保证指令重排序后与之前的输出结果一 样，使性能得到优化, 处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性。

• 先于这个内存屏障的指令必须先执行，后于这个内存屏障 的指令必须后执行

使用 volatile 的经典场景

• 双重校验锁 DCL(double checked locking)
• ConcurrentHashMap的哈希数组Node[]
• 原子类例如AtomicInteger的value属性
• 多个线程操作同一块内存的同一个变量（保证有序性和内存可见性，有序性和可见性同等重要，都不能忽略）