多线程复习总结之解析Volatile关键字

引言

在了解volatile之前，首先需要了解java的内存模型。

Java内存模型（JMM）

在 JDK1.2 之前，Java 的内存模型实现总是从主存（即共享内存）读取变量，是不需要进行特别的注意的。但是在当前的 Java 内存模型下，线程把变量保存在本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝，从而导致数据的不一致问题。

要解决这个问题，就需要把变量声明为volatile，表明告诉 JVM 说，这个变量是共享且不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取。【即保证变量的可见性】

并发编程的三个重要特性

原子性 : 一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。（synchronized+lock 可以保证代码片段的原子性）

可见性 ：当一个变量对共享变量进行了修改，那么另外的线程都是立即可以看到修改后的最新值。（volatile 关键字可以保证共享变量的可见性）

有序性 ：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。（volatile 关键字可以禁止指令进行重排序优化）
【注】在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

volatile的原理和实现机制

“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”

lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：

• 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面
• 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
• 如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

volatile使用场景

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，但是会很影响程序执行效率。

而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。

通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：
1）对变量的写操作不依赖于当前值
2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

附：参考资料

Java并发编程：volatile关键字解析