学会了volatile，你变心了，我看到了

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volatile 简介

一般用来修饰共享变量，保证可见性和可以禁止指令重排

• 多线程操作同一个变量的时候，某一个线程修改完，其他线程可以立即看到修改的值，保证了共享变量的可见性
• 禁止指令重排，保证了代码执行的有序性
• 不保证原子性，例如常见的i++

  （但是对单次读或者写保证原子性）

可见性代码示例

以下代码建议使用PC端来查看，复制黏贴直接运行，都有详细注释

我们来写个代码测试一下，多线程修改共享变量时究竟需不需要用volatile修饰变量

1. 首先，我们创建一个任务类

 public class Task implements Runnable{
 @Override
 public void run() {
 System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程开始,flag是 "+Demo.flag);
 //当共享变量是true时,就一直卡在这里，不输出下面那句话
 // 当flag是false时，输出下面这句话
 while (Demo.flag){
 }
 System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程结束,flag是 "+Demo.flag);
 }
} 

2.其次，我们创建个测试类

class Demo {
 //共享变量，还没用volatile修饰
 public static   boolean flag = true ;
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程开始,flag是 "+flag);
 //开启刚才线程
 new Thread(new Task()).start();
 try {
 //沉睡一秒，确保刚才的线程已经跑到了while循环
 //要不然还没跑到while循环，主线程就将flag变为false
 Thread.sleep(1000L);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 //改变共享变量flag转为false
 flag = false;
 System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程结束,flag是 "+flag);
 }
}

3.我们查看一下输出结果

可见，程序并没有结束，他卡在了这里，为什么卡在了这里呢，就是因为我们在主线程修改了共享变量flag为false,但是另一个线程没有感知到，这个变量的修改对另一个线程不可见

• 如果要是用volatile变量修饰的话，结果就变成了下面这个样子

public static volatile boolean flag = true

可见，这次主线程修改的变量被另一个线程所感知到了，保证了变量的可见性

可见性原理分析

那么，神奇的 volatile 底层到底做了什么呢，你的改变，逃不过他的法眼？为什么不用他修饰变量的话，变量的改变其他线程就看不见？

回答此问题的时候首先，我们需要了解一下JMM(Java内存模型)

注： 本地内存是JMM的一种抽象，并不是真实存在的，本地内存它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化之后的一个数据存放位置

• 由此我们可以分析出来，主线程修改了变量，但是其他线程不知道，有两种情况

  1. 主线程修改的变量还没有来得及刷新到主内存中，另一个线程读取的还是以前的变量
  2. 主线程修改的变量刷新到了主内存中，但是其他线程读取的还是本地的副本

• 当我们用 volatile 关键字修饰共享变量时就可以做到以下两点

  1. 当线程修改变量时，会强制刷新到主内存中
  2. 当线程读取变量时，会强制从主内存读取变量并且刷新到工作内存中

指令重排

• 何为指令重排？

为了提高程序运行效率，编译器和cpu会对代码执行的顺序进行重排列，可这有时候会带来很多问题

我们来看下代码

//指令重排测试
public class Demo2 {
private Integer number = 10;
private boolean flag = false;
private Integer result = 0;
public void  write(){
this.flag = true; // L1
this.number = 20; // L2
}
public void  reader(){
while (this.flag){ // L3
this.result = this.number + 1; // L4
}
}
}

假如说我们有A、B两个线程 他们分别执行write()方法和 reader()方法，执行的顺序有可能如下图所示

• 问题分析： 如图可见，A线程的L2和L1的执行顺序重排序了，如果要是这样执行的话，当A执行完L2时，B开始执行L3，可是这个时候flag还是为false，那么L4就执行不了了，所以result的值还是初始值0，没有被改变为21，导致程序执行错误

这个时候，我们就可以用volatile关键字来解决这个问题，很简单，只需

private volatile Integer number = 10;

• 这个时候L1就一定在L2前面执行

A线程在修改 number变量为20的时候，就确保这句代码的前面的代码一定在此行代码之前执行，在 number处插入了 内存屏障 ,为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排

内存屏障

内存屏障又是什么呢？一共有四种内存屏障类型，他们分别是

1. LoadLoad屏障：

   • Load1 LoadLoad Load2 确保Load1的数据的装载先于Load2及所有后续装载指令的装载

2. LoadStore屏障：

   • Load1 LoadStore Store2 确保Load1的数据的装载先于Store2及所有后续存储指令的存储

3. StoreLoad屏障：

   • Store1 StoreLoad Load2 确保Store1的数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于Load2及所有后续的装载指令的装载

4. StoreStore屏障：

   • Store1 StoreStore Store2 确保Store1数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于Store2及所有后续存储指令的存储

> StoreLoad 是一个全能型的屏障，同时具有其他3个屏障的效果。执行该屏障的花销比较昂贵，因为处理器通常要把当前的写缓冲区的内容全部刷新到内存中（Buffer Fully Flush）

• 装载load 就是读 int a = load1 （ load1的装载）
• 存储store就是写 store1 = 5 （ store1的存储）

volatile与内存屏障

那么volatile和这四种内存屏障又有什么关系呢，具体是怎么插入的呢？

1. volatile写 （前后都插入屏障）

   • 前面插入一个StoreStore屏障
   • 后面插入一个StoreLoad屏障

2. volatile读（只在后面插入屏障）

   • 后面插入一个LoadLoad屏障
   • 后面插入一个LoadStore屏障

官方提供的表格是这样的

我们此时回过头来在看我们的那个程序

this.flag = true; // L1
this.number = 20; // L2

由于number被volatile修饰了，L2这句话是volatile写，那么加入屏障后就应该是这个样子

this.flag = true; // L1
//  StoreStore  确保flag数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于number及所有后续存储指令的存储
this.number = 20; // L2
// StoreLoad  确保number数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于所有后续存储指令的装载

所以L1,L2的执行顺序不被重排序

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