Java关键字——volatile

Posted 2022-10-25

 ​​synchronized​​​ 关键字,synchronized 是jdk1.5提供的线程同步机制，可以用来修饰代码块，修饰普通方法，修饰static声明的静态方法，能够保证原子性、可见性、有序性，在jdk1.5,synchronized 是一个重量级的同步机制，线程挂起和阻塞都要从用户态转入内核态，比较耗性能，但是在jdk1.6时，进行了一系列的优化，比如自旋锁，锁粗化，锁消除等，使得其性能有了很大的提升，关于锁的这些优化，我在​​锁详解​​ 这篇文章也有详细的介绍。

　　通常，对于新人来讲，不管三七二十一，对于需要同步的处理，直接上 synchronized 准没错，但是JVM还为我们提供了另外一个轻量级的线程同步机制——volatile。可能很多人没有在代码中实际使用过这个关键字，但其实，如果你研究过jdk并发包，这个关键字还是使用挺多的，下面我们就来详细介绍这个关键字。

1、可见性

　　通过 volatile 关键字修饰的变量，能够保证变量的可见性。

　　也就是说，当一个线程修改了被volatile修饰的变量，修改后的值对于其他线程来说是立即可以知道的。

　　注意：这里有个误区，可见性并不是原子性。

　　对于如下代码：

1 package com.ys.algorithmproject.leetcode.demo.concurrency.volatiletest;
 2 
 3 import java.io.InputStream;
 4 import java.util.stream.IntStream;
 5 
 6 /**
 7  * Create by YSOcean
 8  */
 9 public class VolatileTest implements Runnable
10     public static volatile int count = 0;
11 
12 
13     @Override
14     public void run() 
15         for (int i = 0; i < 100000; i++) 
16             count++;
17         
18     
19 
20     public static void main(String[] args) throws Exception
21         VolatileTest vt = new VolatileTest();
22         Thread t1 = new Thread(vt);
23         Thread t2 = new Thread(vt);
24         t1.start();
25         t2.start();
26         t1.join();
27         t2.join();
28         System.out.println(count);
29     
30 

　　代码逻辑很简单，启动两个线程，分别运行run方法，run方法里面循环100000次count++，通过join()方法等待这两个线程执行完毕后，打印 count 的最终值。

　　注意这个 count 是用 volatile修饰的。

　　我们说volatile 能够保证可见性，一旦 volatile 被修改了，别的线程也能马上知道，所有很明显这段代码运行结果是 200000。

　　没错，这个答案是错的，是不是很意外，结果应该小于等于200000。问题就出现在 count++ 这个操作不是原子性。

　　我们可以通过 javap 命令查看这个run方法的汇编指令：

 　　

　　虽然 count++ 在我们程序员看来，就一条代码，但实际上在字节码层面发生了4条指令。首先 getstatic 指令，表示从寄存器中取出 count 的值并压到栈顶，iconst_1 指令表示把int类型1压到操作栈顶；iadd 表示执行加法操作；最后putstatic指令表示将修改后的count写回到寄存器（由于被volatile修饰，这时候直接写回内存）。

　　这就存在一个问题，线程1执行第一条指令把 count 值取到操作栈顶时，虽然 volatile 指令能够保证此时的 count 是正确的，但是在执行 iconst_1和iadd指令时，有可能线程2已经执行了count++所有指令，这时候线程1取到的count值就变成过期的数据了，这就会造成问题。

2、禁止指令重排序

　　禁止指令重排序是 volatile 关键词的第二个作用。

　　为了使得处理器内部的运算单元尽量被充分利用，提高运算效率，处理器可能会对输入的代码进行排序。比如 A,B,C三条按顺序运行的代码，经过指令重排后，可能是 B,A,C的顺序来执行。

　　通过 volatile 修饰的变量，在进行指令优化时， 要求不能将在对 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。

3、总结

　　这里我们对比一下volatile 关键字和 synchronized 关键字。

　　1、关键字volatile是线程同步的轻量级实现，synchronized 是重量级实现，但是我们并不能说 volatile 一定比 synchronized 性能好，因为Java虚拟机对锁进行了偏向锁，自旋锁，锁消除，锁粗化等一系列优化措施。所以我们很难说 volatile性能肯定比synchronized要好；

volatile只能修饰变量，而synchronized可以修饰方法、代码块等。

多线程访问volatile不会发生阻塞，而synchronized会出现阻塞。

volatile能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性；而synchronized可以保证原子性，也可以保证可见性（通过JMM）。关键字volatile解决的是变量在多个线程之间的可见性；而synchronized关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。