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Java Volatile關(guān)鍵字你真的了解嗎

更新時(shí)間：2021年12月21日 17:17:32 作者：mikechen的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

這篇文章主要為大家介紹了Java Volatile關(guān)鍵字，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來(lái)幫助

正文

在談 Volatile 之前，我們先回顧下 Java 內(nèi)存模型的三要素：原子性、可見(jiàn)性、有序性，也就是大家常提到的并發(fā)編程三要素。

并發(fā)編程的三要素

1.原子性

和數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)中的原子性一樣，滿(mǎn)足原子性特性的操作是不可中斷的，要么全部執(zhí)行成功要么全部執(zhí)行失敗。

只有簡(jiǎn)單的讀取、賦值（而且必須是將數(shù)字賦值給某個(gè)變量，變量之間的相互賦值不是原子操作）才是原子操作。

比如：

i = 2;j = i;i++;i = i + 1；

上面4個(gè)操作中，i=2是讀取操作，必定是原子性操作，j=i你以為是原子性操作，其實(shí)吧，分為兩步，一是讀取i的值，然后再賦值給j,這就是2步操作了，稱(chēng)不上原子操作，i++和i = i + 1其實(shí)是等效的，讀取i的值，加1，再寫(xiě)回主存，那就是3步操作了。

所以上面的舉例中，最后的值可能出現(xiàn)多種情況，就是因?yàn)闈M(mǎn)足不了原子性。

非原子操作都會(huì)存在線(xiàn)程安全問(wèn)題，需要我們使用同步技術(shù)（sychronized）來(lái)讓它變成一個(gè)原子操作，java的concurrent包下提供了一些原子類(lèi)：比如：AtomicInteger、AtomicLong等。

2.可見(jiàn)性

多個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)共享變量時(shí)，其中一個(gè)線(xiàn)程對(duì)這個(gè)共享變量值的修改，其他線(xiàn)程能夠立刻獲得修改以后的值。

3.有序性

編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對(duì)指令序列進(jìn)行重排序，也就是你編寫(xiě)的代碼順序和最終執(zhí)行的指令順序是不一致的。但是重排序過(guò)程不會(huì)影響到單線(xiàn)程程序的執(zhí)行，卻會(huì)影響到多線(xiàn)程并發(fā)執(zhí)行的正確性。

Volatile

Volatile?是一個(gè)Java語(yǔ)言的類(lèi)型修飾符，一旦一個(gè)共享變量（類(lèi)的成員變量、類(lèi)的靜態(tài)成員變量）被Volatile修飾之后，那么就具備了兩層語(yǔ)義：

1、保證多線(xiàn)程下的可見(jiàn)性

2、禁止進(jìn)行指令重排序(即保證有序性)

這里需要注意一個(gè)問(wèn)題，Volatile 只能讓被他修飾內(nèi)容具有可見(jiàn)性、有序性。Volatile只能保證對(duì)單次讀/寫(xiě)的原子性,i++ 這種操作不能保證原子性。

Volatile 的內(nèi)存模型

**Java 內(nèi)存模型（JMM）**是一種抽象的概念，并不真實(shí)存在，它描述了一組規(guī)則或規(guī)范，通過(guò)這組規(guī)范定義了程序中各個(gè)變量（包括實(shí)例字段、靜態(tài)字段和構(gòu)成數(shù)組對(duì)象的元素）的訪(fǎng)問(wèn)方式。

試圖屏蔽各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)差異，以實(shí)現(xiàn)讓 Java 程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)效果。

Java內(nèi)存模型規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中，每條線(xiàn)程還有自己的工作內(nèi)存，線(xiàn)程的工作內(nèi)存中保存了該線(xiàn)程中是用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝，線(xiàn)程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫(xiě)主內(nèi)存。不同的線(xiàn)程之間也無(wú)法直接訪(fǎng)問(wèn)對(duì)方工作內(nèi)存中的變量，線(xiàn)程間變量的傳遞均需要自己的工作內(nèi)存和主存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)同步進(jìn)行。

主內(nèi)存?主要存儲(chǔ)的是Java實(shí)例對(duì)象，所有線(xiàn)程創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象都存放在主內(nèi)存中，不管該實(shí)例對(duì)象是成員變量還是方法中的本地變量(也稱(chēng)局部變量)，當(dāng)然也包括了共享的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量。由于是共享數(shù)據(jù)區(qū)域，多條線(xiàn)程對(duì)同一個(gè)變量進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)程安全問(wèn)題。
工作內(nèi)存?每條線(xiàn)程都有自己的工作內(nèi)存(Working Memory，又稱(chēng)本地內(nèi)存，可與前面介紹的處理器高速緩存類(lèi)比)，線(xiàn)程的工作內(nèi)存中保存了該線(xiàn)程使用到的變量的主內(nèi)存中的共享變量的副本拷貝。

工作內(nèi)存是 JMM 的一個(gè)抽象概念，并不真實(shí)存在。它涵蓋了緩存，寫(xiě)緩沖區(qū)，寄存器以及其他的硬件和編譯器優(yōu)化。

主要存儲(chǔ)當(dāng)前方法的所有本地變量信息(工作內(nèi)存中存儲(chǔ)著主內(nèi)存中的變量副本拷貝)，每個(gè)線(xiàn)程只能訪(fǎng)問(wèn)自己的工作內(nèi)存，即線(xiàn)程中的本地變量對(duì)其它線(xiàn)程是不可見(jiàn)的，就算是兩個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行的是同一段代碼，它們也會(huì)各自在自己的工作內(nèi)存中創(chuàng)建屬于當(dāng)前線(xiàn)程的本地變量，當(dāng)然也包括了字節(jié)碼行號(hào)指示器、相關(guān)Native方法的信息。

Volatile 的實(shí)現(xiàn)原理

Volatile 保證內(nèi)存可見(jiàn)性

Volatile 的實(shí)現(xiàn)原理

主內(nèi)存和工作內(nèi)存之間的交互有具體的交互協(xié)議，JMM定義了?八種操作?來(lái)完成，這八種操作是原子的、不可再分的，它們分別是：lock，unlock，read，load，use，assign，store，write。

其中，lock , unlock , read , write 作用于主內(nèi)存； load ,use , assign , store 作用于工作內(nèi)存。

(1) lock

將主內(nèi)存中的變量鎖定，為一個(gè)線(xiàn)程所獨(dú)占。

(2) unclock

將lock加的鎖定解除，此時(shí)其它的線(xiàn)程可以有機(jī)會(huì)訪(fǎng)問(wèn)此變量。

(3) read

將主內(nèi)存中的變量值讀到工作內(nèi)存當(dāng)中。

(4) load

將read讀取的值保存到工作內(nèi)存中的變量副本中。

(5) use

將值傳遞給線(xiàn)程的代碼執(zhí)行引擎。

(6) assign

將執(zhí)行引擎處理返回的值重新賦值給變量副本。

(7) store

將變量副本的值存儲(chǔ)到主內(nèi)存中。

(8) write

將 store 存儲(chǔ)的值寫(xiě)入到主內(nèi)存的共享變量當(dāng)中。

從主存復(fù)制變量到當(dāng)前工作內(nèi)存（read and load）
執(zhí)行代碼，改變共享變量值（use and assign）
用工作內(nèi)存數(shù)據(jù)刷新主存相關(guān)內(nèi)容（store and write）

指令規(guī)則

read 和 load、store 和 write 必須成對(duì)出現(xiàn)。
assign 操作，工作內(nèi)存變量改變后必須刷回主內(nèi)存。
同一時(shí)間只能運(yùn)行一個(gè)線(xiàn)程對(duì)變量進(jìn)行 lock，當(dāng)前線(xiàn)程 lock 可重入，unlock 次數(shù)必須等于 lock 的次數(shù)，該變量才能解鎖。
對(duì)一個(gè)變量 lock 后，會(huì)清空該線(xiàn)程工作內(nèi)存變量的值，重新執(zhí)行 load 或者 assign 操作初始化工作內(nèi)存中變量的值。
unlock 前，必須將變量同步到主內(nèi)存（ store/write 操作）。