并发编程系列之volatile关键字详解

Posted 2021-12-20 smileNicky

并发编程系列之volatile关键字详解

1、volatile是什么？

首先简单说一下，volatile是什么？volatile是Java中的一个关键字，也是一种同步机制。volatile为了保证变量的可见性，通过volatile修饰的变量具有共享性。修改了volatile修饰的变量，其它线程是可以读取到最新的值的

2、并发编程的三大特性

并发编程有三个重要特性：原子行、可见性、有序性

原子性：原子性是指一个或者多个操作，要么全部执行且执行过程不会被其它操作打断，要么全部不执行。
可见性：可见性是指共享变量对于多个线程都是可见的，也即一个线程修改了变量，其它线程马上就能知道
有序性：有序性是指程序的执行顺序按照代码的先后顺便执行

3、什么是指令重排序?

假如我们写一个程序，我们会期待这些语句的实际执行顺便和代码的顺序是一致的，大部分情况是一致的，但实际上，编译器、JVM 或者 CPU 都有可能出于优化等目的，对执行的顺序进行调整，这个就是指令重排序

• 重排序的好处：提高处理速度

代码顺序如图：

指令重排后，a=100; a= a+100会提到一起执行，效率提高

上面的例子，是可以提高执行效率，但是有时候指令重排是会导致问题的，如下代码例子，代码顺序是先初始化content，然后设置标识为true，线程B检测到为true之后，调用content的方法

如果指令重排后，这种情况就会出现没初始化完成，就直接调用conten的方法

所以，指令重排有好处也有坏处，一般可能是cpu、编译器或者是内存会进行指令重排，为了避免指令重排，保证并发编程的有序性，有时候需要使用synchronized或者volatile等等方式避免。volatile可以避免指令重排，保证并发编程的有序性，依赖于操作系统的内存屏障

4、volatile有什么作用？

从前面的学习也可以指定，volatile关键字是可以保证并发编程的有序性和可见性的

• 保证可见性

volatile保证可见性：

1. 使用volatile变量时，必须重新从主内存加载到工作内存
2. 修改volatile变量后，必须马上同步回主内存

可见性涉及到Java内存模型，详细可以参考我上篇博客:链接

java内存模型(JMM)结构图，每个Java线程都有自己的工作内存，volatile修饰的变量，修改后，会自动同步到主内存；每个线程读取时都会从主内存先读取到工作内存的副本

注意：volatile只能保证变量的可见性，对于一个Java对象是不能保证的，要去对象具体的属性设置volatile

• 保证有序性
  对于并发编程的有序性问题，前面已经做了比较详细的描述，主要是cpu、jvm、内存都会对代码执行顺序进行指令重排序，加上volatile可以保证有序性，避免指令重排，依赖于操作系统的内存屏障

5、volatile可以保证原子性？

volatitle只能保证单个变量的原子性，不能保证一系列操作的原子操作的，所以volatile是线程不安全的，不具有原子性

6、volatile 和 synchronized对比

• volatile不可以保证线程安全，synchronized可以保证线程安全
• volatile是轻量的，而且是没有锁机制的，性能比synchronized好
• volatile不具有原子性，synchronized可以保证原子性