volatile关键字概念

Posted 2021-01-25 fanhaiping

一、什么是volatile关键字

　　Java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。

　　当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。

　　volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

　　一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，

　　那么就具备了两层语义： 1、保证多线程下的可见性 　　2、禁止进行指令重排序(即保证有序性)。

 

二、内存模型的相关概念

（1）不同的平台，内存模型是不一样的，但是jvm的内存模型规范是统一的。

（2）线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。

　　  总结：java的内存模型多线程下，要解决两个主要的问题：可见性和有序性。

（3）我们都知道计算机有高速缓存的存在，处理器并不是每次处理数据都是取内存的。

　　  JVM定义了自己的内存模型，屏蔽了底层平台内存管理细节。

 

三、并发编程中的三个概念

　　（1）原子性：

　　　　　　只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。

　　（2）可见性：

　　　　　　多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

　　（3）有序性：

　　　　　　在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

 

五、使用volatile关键字的场景

　　（1）使用valatile前后对比

　　

 

　　（2）valotile使用前提条件

　　　　　　1、对变量的写操作不依赖于当前值

　　　　　　2、该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

　　　　　　简单来说：就是保证该操作是原子性操作

 

六、volatile的原理和实现机制

　　摘自《深入理解Java虚拟机》：

　　　　“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”

　　　　lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：

　　　　（1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；

　　　　　　　　即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成。

　　　　（2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存。

　　　　（3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

　　

七、synchronize与volatile的区别

　八、java中能创建volatile数组吗？

 　　能，java中可以创建volatile数组，不过只是一个指向数组的引用，

　　而不是整个数组，如果改变引用指向的数组，将会受到volatile的保护，

　　但是如果多个线程同时改变数组的元素，volatile 标示符就不能起到之前的保护作用了。

 

　九、volatile能使得一个非原子操作变成原子操作吗？

　　一个典型的例子是在类中有一个 long 类型的成员变量。如果你知道该成员变量会被多个线程访问，如计数器、价格等，最好是将其设置为 volatile。

　　为什么？因为 Java 中读取 long 类型变量不是原子的，需要分成两步，如果一个线程正在修改该 long 变量的值，另一个线程可能只能看到该值的一半（前 32 位）。

　　但是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子。

 

　十、volatile 类型变量提供什么保证？

  　 volatile 变量提供顺序和可见性保证，

　　例如，JVM 或者 JIT为了获得更好的性能会对语句重排序，但是 volatile 类型变量即使在没有同步块的情况下赋值也不会与其他语句重排序。

　　volatile 提供 happens-before 的保证，确保一个线程的修改能对其他线程是可见的。

　　某些情况下，volatile 还能提供原子性，如读 64 位数据类型，像 long 和 double 都不是原子的，但 volatile 类型的 double 和 long 就是原子的。