volatile的作用和原理

Posted 2021-02-05 xidian2014

1、保持内存可见性
内存可见性：所有线程都能看到共享内存的最新状态。每次读取前必须先从主内存刷新最新的值。每次写入后必须立即同步回主内存当中。
Java通过几种原子操作完成工作内存和主内存的交互：
lock：作用于主内存，把变量标识为线程独占状态。
unlock：作用于主内存，解除独占状态。
read：作用主内存，把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存。
load：作用于工作内存，把read操作传过来的变量值放入工作内存的变量副本中。
use：作用工作内存，把工作内存当中的一个变量值传给执行引擎。
assign：作用工作内存，把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量。
store：作用于工作内存的变量，把工作内存的一个变量的值传送到主内存中。
write：作用于主内存的变量，把store操作传来的变量的值放入主内存的变量中。
volatile如何保持内存可见性
volatile的特殊规则就是：
read、load、use动作必须连续出现。
assign、store、write动作必须连续出现。
所以，使用volatile变量能够保证:
每次读取前必须先从主内存刷新最新的值。每次写入后必须立即同步回主内存当中。也就是说，volatile关键字修饰的变量看到的随时是自己的最新值。

2、防止指令重排
volatile关键字提供内存屏障的方式来防止指令被重排，编译器在生成字节码文件时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。
基于保守策略的JMM内存屏障插入策略：
在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

对volatile变量的单次读/写操作可以保证原子性的，如long和double类型变量，但是并不能保证i++这种操作的原子性，因为本质上i++是读、写两次操作。

volatile不能完全取代Synchronized的位置，只有在一些特殊的场景下，才能适用volatile。总的来说，必须同时满足下面两个条件才能保证在并发环境的线程安全：
（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。