Java基础之volatile关键字

概述

volatile关键字虽然从字面上理解起来比较简单，但是要用好不是一件容易的事情，本文是通过阅读java并发编程：volatile关键字解析总结而来，作者从内层方面入手深入解析了volatile关键字的原理。

内存模型的相关概念

执行指令

主存（物理内存）、高速缓存（CPU），程序运行时需要将数据从主存复制一份到高速缓存当中.

缓存的不一致问题

如果一个变量在多个CPU中都存在缓存（一般在多线程编程时才会出现），那么就可能存在缓存不一致的问题.

缓存的不一致2种解决方法：

1）通过在总线加LOCK#锁的方式

由于在锁住总线期间，其他CPU无法访问内存，导致效率低下.

2）通过缓存一致性协议

当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，

因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。

并发编程中的三个概念

原子性：

可见性:

有序性

Java内存模型

原子性

可见性

有序性

深入剖析volatile关键字

volatile修饰的两层语义：

1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。 2）禁止进行指令重排序。

volatile保证原子性吗？

volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。

java.util.concurrent.atomic提供了一些原子操作类,其是利用CAS来实现原子性操作的（Compare And Swap），CAS实际上是利用处理器提供的CMPXCHG指令实现的，而处理器执行CMPXCHG指令是一个原子性操作。

volatile能保证有序性吗？

volatile关键字能禁止指令重排序，所以volatile能在一定程度上保证有序性。

volatile关键字从两个方面禁止指令重排：

1）当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；

2）在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

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：

　　1）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；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；

　　2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；

　　3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

使用volatile关键字的场景

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

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

常用场景

1） 状态标记量

2）double check

参考：Java并发编程：volatile关键字解析