概述

Java語言中關(guān)鍵字 volatile 被稱作輕量級的 synchronized，與synchronized相比，volatile編碼相對簡單且運行的時的開銷較少，但能夠正確合理的應(yīng)用好 volatile 并不是那么的容易，因為它比使用鎖更容易出錯，接下來本文主要介紹 volatile 的使用準則，以及使用過程中需注意的地方。

為何使用volatile？

（1）簡易性：在某些需要同步的場景下使用volatile變量要比使用鎖更加簡單

（2）性能：在某些情況下使用volatile同步機制的性能要優(yōu)于鎖

（3）volatile操作不會像鎖一樣容易造成阻塞

volatile特性

（1）volatile 變量具有 synchronized 的可見性特性，及如果一個字段被聲明為volatile，java線程內(nèi)存模型確保所有的線程看到這個變量的值是一致的

（2）禁止進行指令重排序

（3）不保證原子性

注：

① 重排序：重排序通常是編譯器或運行時環(huán)境為了優(yōu)化程序性能而采取的對指令進行重新排序執(zhí)行的一種手段

② 原子性：不可中斷的一個或一系列操作

③ 可見性：鎖提供了兩種主要特性：互斥和可見性，互斥即一次只允許一個線程持有某個特定的鎖，因此可使用該特性實現(xiàn)對共享數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)訪問協(xié)議，這樣，一次就只有一個線程能夠使用該共享數(shù)據(jù)?？梢娦砸訌?fù)雜一些，它必須確保釋放鎖之前對共享數(shù)據(jù)做出的更改對于隨后獲得該鎖的另一個線程是可見的。

volatile的實現(xiàn)原理

如果對聲明了volatile的變量進行寫操作，JVM就會向處理器發(fā)送一條Lock前綴的指令，該Lock指令會使這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)回寫到系統(tǒng)內(nèi)存，根據(jù)緩存一致性協(xié)議，每個處理器都會通過嗅探在總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是否已過期，當處理器發(fā)現(xiàn)自己的緩存行對應(yīng)的地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)，在下次訪問相同內(nèi)存地址時，強制執(zhí)行緩存行填充。

正確使用volatile的場景

volatile 主要用來解決多線程環(huán)境中內(nèi)存不可見問題。對于一寫多讀，是可以解決變量同步問題，但是如果多寫，就無法解決線程安全問題。如：

1、不適合使用volatile的場景（非原子性操作）

（1）反例

​private static volatile int nextSerialNum = 0;
public static long generateSerialNum() {
  return nextSerialNum++;
}

這個方法的目的是要確保每次調(diào)用都返回不同的自增值，然而結(jié)果并不理想，問題在于增量操作符（++）不是原子操作，實際上它是一個由讀取－修改－寫入操作序列組成的組合操作，如果第二個線程在第一個線程讀取舊值和寫回新值期間讀取這個域，第二個線程與第一個線程就會讀取到同一個值。

（2）正例

其實面對上面的反例場景可以使用JDK1.5 java.util.concurrent.atomic中提供的原子包裝類型來保證原子性操作

private static AtomicInteger nextSerialNum = new AtomicInteger(0);
public static long generateSerialNum() {
  return nextSerialNum.getAndIncrement();
}

2、適合使用volatile的場景

在日常工作當中volatile大多被在狀態(tài)標志的場景當中，如：

要通過一個線程來終止另外一個線程的場景

（1）反例

private static boolean stopThread;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  Thread th = new Thread(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
     int i = 0;
     while (!stopThread) {
      i++;
     }
   }
  });
  th.start();
  TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
  stopThread = true;
}

運行后發(fā)現(xiàn)該程序根本無法終止循環(huán)，原因是，java語言規(guī)范并不保證一個線程寫入的值對另外一個線程是可見的，所以即使主線程main函數(shù)修改了共享變量stopThread狀態(tài)，但是對th線程并不可見，最終導(dǎo)致循環(huán)無法終止。

（2）正例

private static volatile boolean stopThread;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  Thread th = new Thread(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
     int i = 0;
     while (!stopThread) {
      i++;
     }
   }
  });
  th.start();
  TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
  stopThread = true;
}

通過使用關(guān)鍵字volatile修飾共享變量stopThread，根據(jù)volatile的可見性原則可以保證主線程main函數(shù)修改了共享變量stopThread狀態(tài)后對線程th來說是立即可見的，所以在兩秒內(nèi)線程th將停止循環(huán)。

總結(jié)

本文通過對volatile的特性介紹，以及volatile的實現(xiàn)原理，最后結(jié)合volatile的特性舉例說明它在使用過程中應(yīng)該注意的使用規(guī)則，好了，希望本文對您有所幫助！

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