Volatile的详解

 volatile关键字修饰的共享变量主要有两个特点:1.保证了不同线程访问的内存可见性    2.禁止重排序

在说内存可见性和有序性之前,我们有必要看一下Java的内存模型(注意和JVM内存模型的区分)

为什么要有java内存模型?

首先我们知道内存访问和CPU指令在执行速度上相差非常大,完全不是一个数量级,为了使得java在各个平台上运行的差距减少,哪些搞处理器的大佬就在CPU上加了各种高速缓存,来减少内存操作和CPU指令的执行速度差距。而Java在java层面又进行了一波抽象,java内存模型将内存分为工作内存和主存,每个线程从主存load数据到工作内存,将load的数据赋值给工作内存上的变量,然后该工作内存对应的线程进行处理,处理结果在赋值给其工作内存,然后再将数据赋值给主存中的变量(这时候需要有一张图)。

使用工作内存和主存虽然加快了处理速度,但是也带来了一些问题,比如下面这个例子

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1         int i = 1; 2         i = i+1;
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当在单线程情况下,i最后的值一定是2;但是在两个线程情况下一定是3吗?那就未必了。当线程A读取i的值为1,load到其工作内存,这时CPU切换至线程B,线程B读取i的值也是1,然后对加1然后save到主存,这时线程A也对i进行加1,也save回主存,但最终i的值为2。如果写操作比较慢,你读到的值还有可能是1,这就是缓存不一致的问题。JMM就是围绕着原子性,内存可见性,有序性这三个特征建立的。通过解决这个三个特征来解决缓存不一致的问题。而volatile主要针对于内存可见性和有序性。

原子性

原子性是指一个操作要么成功,那么失败,没有中间状态,比如i=1,直接读取i的值,这肯定是原子操作;但是i++,看似好像是,其实需要先读取i的值,然后+1,最后在赋值给i,需要三个步骤,这就不是原子性操作。在JDK1.5引入了boolean、long、int对应的原子性类AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicInteger,他们可以提供原子性操作。

内存可见性

具有内存可见性的变量在被线程修改以后,会立刻刷新到主存并使其他线程的缓存行上的数据失效

volatile修饰的变量具有内存可见性,主要表现为:当写一个volatile变量时,JMM会将该线程对应的工作内存中的共享变量立即刷新到主存;当读一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的工作内存中的值置为无效,然后从主存中进行读取,但是如果没有线程对该共享变量进行修改,则不会触发该操作。

有序性

JMM是允许处理器和编译器对指令进行重排序的,但规定了as-if-serial,即无论怎么重排序,最终结果都是一样的。比如下面这段代码:

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1         int weight = 10;                           //A2         int high = 5;                                //B3         int area = high * weight * high;    //C
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这段代码中可以按照A-->B-->C执行,也可以按照B-->A-->C执行,因为A和B是相互独立的,而C依赖于A、B,所以C不能排到A或B的前面。JMM保证了单线程的重排序,但是在多线程中就容易出现问题。比如下面这种情况

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 1 boolean flag = false;  2     int a = 0;  3      4     public void write(){  5         int a = 2;                //1 6         flag = true;              //2 7     
                    
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