Java并发-volatile的原理及用法

volatile属性：可见性、保证有序性、不保证原子性。
一、volatile可见性
　　在Java的内存中所有的变量都存在主内存中，每个线程有单独CPU缓存内存，多个线程对同一个变量读取时，会从主内存中把变量拷贝到自己的CPU缓存中，线程之间也无法直接访问对方CPU缓存内存中的变量，只能通过主内存传递变量的值；
　　举个例子、例一；

 int i=0;

 //线程一中执行

 i=1;

 //线程二中执行

 int j=0;

 j=i;

　　上面这个程序在线程一中，读取内存变量i的值到线程一的CPU缓存中，线程一的CPU缓存中并将i的值设为1，这时还没来的及将i的值从线程一的CPU缓存中写入到主内存中时，此时线程二从主内存中读取到i的值到线程二的CPU缓存中，此时i还是0,线程二并没有及时得到线程一修改的值，这就是不可见性;
　　如果把上面程序的int i=0换成volatile int i=0，就可以保证线程二可以立刻可见线程一修改i后的值，因为JVM 保证了每次读变量都从内存中读，相当于跳过 CPU cache 这一步，让线程一直接修改主内存中i的值；
　　但是如果将i换成volatile int i，将i=1换成i++，线程二对线程一的改变i后的值仍是不可见的，原因就是下面要说的原子性；
二、volatile不可保证原子性
　　原子性就是指操作不可分割，比如i=1这个就不可分割，i++就包含三个操作：读取i的值，进行加1操作，写入新的值,这就可分割不是原子操作。如果将i换成volatile int i，将i=1换成i++，当线程一执行到对i加1操作时，还没有来得及写入新值时，线程二执行j=i,线程获取的i值任然为0；可以通过synchronized和Lock来实现更大范围操作的原子性。
三、volatile保证有序性
有序性，及程序按照编写的顺序先后执行。
　　举个例子、例二：

 int i=0;//

 int j=1;//

 i++;//

 j++;//

　　上面这个程序按照正常逻辑执行顺序应该是1>2>3>4;但是在JVM中并一定不会按照这个顺序执行，因为处理器为了提高运行效率，在JVM中的及时编译存在指令重排序的优化，它会改变各个语句的执行顺序，但是不改变运行结果，就是改变后的顺序运行结果和改变前的结果一样，就行如果按照1>3>2>4,虽然改变顺序，但并不影响结果；
如果把程序改变成这个样子、例三：

 int i=0;//

 int j=1;//

 i++;//

 j=i+1;//

　　上面这个程序执行顺序一定是1、2在3前面，3一定会在4前面，1和2顺序可变，因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令指令2必须用到指令1的结果，那么处理器会保证指令1会在指令2之前执行。
重排序虽然对单线程没影响但是对多线程就会产生影响，使结果不一样；
举个例子、例四：

 User user;//

 boolean flag=flase;//2

 //线程一

 user=new User();//

 flag=true;//4

 //线程二

 if(flag){

 user.name="张振力";//

 }

　　上面这个程序的意思就是，如果在线程一user完成初始化，就把flag设置为true，在线程二中如果flag为true，就初始化user.name的值；但是在实际中因为3和4并没有依赖，会被重排序，语句4先执行，语句3还没执行，在线程二中得到user值就会为空，这时候给name赋值就会报错。
　　通过定义volatile就可以保证语句3一定在语句4前执行，就是因为volatile定义的变量在赋值时，在其上面的程序是一定完成过的，在其后的程序一定是没完成的，而且其前完成的操作对其后的是可见的；举个例子、例五：

 volatile boolean flag =false;

 int i,j,x,y;

 i=10;//

 j=10;//

 flag=true;//

 x=10;//

 y=10;//

　　上面的例子执行的顺序就是在3之前1和2语句已经执行完（不保证1、2的顺序），但4和5语句（不保证4、5的顺序）肯定还没执行；
　　再返回例四里面看，如果flag定义为volatile，那肯定能保证语句3一定在语句4前执行，如果flag为true，那user肯定完成了初始化,就不会报错。

 User user;//

 volatile boolean flag=flase;//2

 //线程一

 user=new User();//

 flag=true;//4

 //线程二

 if(flag){

 user.name="张振力";//

 }

四、volatile实现可见性和有序性的原理：

1.可见性

　　如果对声明了volatile变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写会到系统内存。这一步确保了如果有其他线程对声明了volatile变量进行修改，则立即更新主内存中数据。

2.有序性

　　但这时候其他处理器的缓存还是旧的，所以在多处理器环境下，为了保证各个处理器缓存一致，每个处理会通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己的缓存是否过期，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改了，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器要对这个数据进行修改操作时，会强制重新从系统内存把数据读到处理器缓存里。这一步确保了其他线程获得的声明了volatile变量都是从主内存中获取最新的。

　　在这里就讲这一个使用场景：状态标记，后续会再写另一个使用场景，单例模式下的volatile确保单例对象的返回的正确性。

巴特西

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