前言

volatile是研究Java并發(fā)編程繞不過去的一個關(guān)鍵字，先說結(jié)論：

volatile的作用：

        1.保證被修飾變量的可見性

        2.保證程序一定程度上的有序性

        3.不能保證原子性

下面，我們將從理論以及實(shí)際的案例來逐個解析上面的三個結(jié)論

一、可見性

 什么是可見性？

舉個例子，小明和小紅去看電影，剛開始兩個人都還沒買電影票，小紅就先去買了兩張電影票，沒有告訴小明。小明以為小紅沒買，所以也去買了兩張電影票，因為他們只有兩個人，所以他們只能用兩張票，這就是小明和小紅他倆電影票的數(shù)量的可見性。

在講解之前，我們簡單的了解一下JVM當(dāng)中運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的結(jié)構(gòu)

堆內(nèi)存：存放的就是對象，所以它也是JVM當(dāng)中內(nèi)存最大的一區(qū)域

線程私有區(qū)：線程中的棧會去從堆當(dāng)中獲取變量的值來進(jìn)行操作，正是因為是私有化的，所以兩個線程之間的數(shù)據(jù)是不會共享的

元空間：存放靜態(tài)變量以及常量還有被虛擬機(jī)加載的類信息

同理，我們可以將小明和小紅看作java當(dāng)中的兩個線程1和2，共有一個變量

public class volatileTest {
    public static boolean flag = false;
 
    public static void main(String[] args) {
        try {
            new Thread(() -> {
                System.out.println("線程1開始");
                //線程1當(dāng)中取反值，當(dāng)flag為true時才會跳出循環(huán)
                while (!flag) {
                }
                System.out.println("線程1結(jié)束");
            }).start();
            Thread.sleep(100);
            new Thread(() -> {
                System.out.println("線程2開始");
                //線程2給flag賦值
                flag = true;
                System.out.println("線程2結(jié)束");
            }).start();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

該代碼的運(yùn)行結(jié)果如下：

可以很清楚的看到，只有線程2是跑完了的，但是明明線程2已經(jīng)給flag賦值，線程1并沒有停止循環(huán)，這就是flag這個變量沒有可見性，導(dǎo)致線程1一直不停止

解決的方法有兩種

第一：讓每個線程空余時間就去堆同步數(shù)據(jù)（顯然不合理）

第二：使用volatile關(guān)鍵字去修飾變量flag

讓我們加上volatile試試：

這回線程1總算是成功停止了，由此我們可得，volatile是可以讓變量具有可見性的。

學(xué)習(xí)編程不能只知道如何去使用，而是要知道原理，這樣才會有更多的薪資

那么volatile的底層是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

如上面jvm運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)的圖所示，所有的變量都是存在了堆當(dāng)中，而每個線程都是拿到他們的副本進(jìn)行計算和修改，volatile干了啥事呢，如下圖所示

這里我們介紹一個新的概念，叫總線（各位可以把它理解成進(jìn)行連接線程和堆內(nèi)存，在計算機(jī)的硬件當(dāng)中，也是有總線的，了解的朋友可以把它用相同概念理解一下）。

當(dāng)一個被volatile修飾的變量，在某一個線程當(dāng)中被修改時，總線會監(jiān)聽到這個變動，并且會讓其他線程中的這個變量失效，簡而言之，當(dāng)線程2當(dāng)中堆flag進(jìn)行了修改，則會導(dǎo)致線程1當(dāng)中的flag失效，就是把這個線程1當(dāng)中的flag刪了。當(dāng)線程1中沒有flag了，它會重新去獲取flag，這個時候，就會使我們的變量flag具有了可見性。

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了，volatile的實(shí)行原理，那么它的底層是如何實(shí)現(xiàn)的？

眾所周知，java語言加載時  -> class  ->匯編語言 -> 機(jī)器語言，因為volatile是個關(guān)鍵字，所以它的底層是一種匯編語法，被volatile修飾的變量其實(shí)就是給它加了個一個lock前綴指令。

也就是說，當(dāng)面試官問到我們，如何手寫一個volatile時，我們可以說在編譯的層面，添加一個lock前綴指令相當(dāng)于一個內(nèi)存屏障，它本身會提供三個功能

        1）它會強(qiáng)制堆緩存的修改操作立即寫入主存

        2）如果是寫操作，它會導(dǎo)致其他CPU中對應(yīng)的緩存行無效

        3）它會確保指令重排序時不會吧其它的指令排到內(nèi)存屏障之前的位置，也不會之前的操作拍到內(nèi)存屏障之后

前面兩點(diǎn)很好理解，并且我們也進(jìn)行了進(jìn)一步的認(rèn)證，第三點(diǎn)可能有朋友不太明白，這就引出了我們下一個論點(diǎn)，volatile可以保證一定的有序性

二、有序性

我們看下面三行代碼

int i=1;
int j=2;
i =i++;

在我們的理解當(dāng)中，程序時自上而下運(yùn)行的，先是第一行，再是第二行等，然而事實(shí)上，jvm可能會對代碼進(jìn)行重排序，比如它可能就會讓上面的這三行代碼變成下面的狀態(tài)

int i=1;        
i =i++;
int j =2;

為什么會進(jìn)行重排序，目的是讓代碼執(zhí)行的速度更快，當(dāng)然它也不是隨便亂排的，排序的規(guī)則是根據(jù)代碼的依賴性進(jìn)行的判斷，簡而言之就是在不影響結(jié)果的情況下進(jìn)行排序，感興趣的朋友可以自行去了解一下

這是java本身對程序保證的有序性，在不影響運(yùn)行結(jié)果的情況下進(jìn)行重排序，但是僅限于單線程的情況下，在多線程的情況中，并不能有效地保證程序的有序性

下圖為手寫的一個單例模式，不做過多的贅述，左邊為代碼，右邊為翻譯的字節(jié)碼文件

通過上圖可以很清晰的看出，new OnlyObject這個操作重點(diǎn)分為了四步，

                第一步：創(chuàng)建這個對象

                第二步：調(diào)用這個類的構(gòu)造方法

                第三步：添加指向（就是從私有線程當(dāng)中執(zhí)行堆）

                第四步：加載

由于java對程序的重排序，會使第二步和第三步進(jìn)行調(diào)換位置，在單線程當(dāng)中不會有任何問題，而在多線程當(dāng)中就有問題了

看下圖代碼

當(dāng)線程1已經(jīng)完成添加指向時，在堆當(dāng)中其實(shí)已經(jīng)分配了一個值，但是這時并沒有調(diào)用構(gòu)造方法，所以導(dǎo)致此時這個對象只是一個半成品對象 ，里面并不是我們想要的值。這時線程2走進(jìn)來，他發(fā)現(xiàn)object并不為空，所以直接返回了，此時的程序跟我們的業(yè)務(wù)并不相符，所以我們需要使用volatile來保證我們的有序性。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java并發(fā)編程之關(guān)鍵字volatile的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java并發(fā)編程關(guān)鍵字volatile內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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