Java 开发实战—一起来认识volatile机制

现如今，我们处于一个新兴技术高速发展的时代，各个产业对于开发人员的需求更多、更高。因此，无论是在入门阶段还是进阶阶段都需要学习大量的专业知识，不断提高对Java的认识是必要的。

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不论是求职面试还是项目实际开发，volatile都是一个需要掌握的知识点，今天，我们就一起来认识volatile机制，从实战中精进我们的能力吧。

何为Volatile?为什么要用Volatile?

java是面向对象的高级编程语言，Java 语言包含两种内在的同步机制：同步块(或方法)和 volatile 变量，volatile是Java提供的一种轻量级的同步机制。

在Java多线程的开发中有三种特性：原子性、可见性、有序性，使用volatile不会引起线程上下文的切换和调度，可以保证内存可见性和防止指令重排序。

基本用法

在Java语言里，volatile关键字是用来修饰变量的，方式如下入所示。表示：该变量需要直接存储到主内存中。

 
 
 
 
  
  
  
  
public class SharedClass { 
  
  
  
  
public volatile int counter = 0; 
  
  
  
  
} 
 
 
 

被volatile关键字修饰的 int counter 变量会直接存储到主内存中。并且所有关于该变量的读操作，都会直接从主内存中读取，而不是直接从CPU缓存。

理解 volatile 关键字

对于初学者来说，volatile只是简单的了解，只知道volatile作用就是“保证可见性”、“禁止指令重排序”，但是仍然存在一些误区。

一个多线程应用中，出于计算性能的考虑，每个线程默认是从主内存将该变量拷贝到线程所在CPU的缓存中，然后进行读写操作的。现在电脑基本都是多核CPU，不同的线程可能运行的不同的核上，而每个核都会有自己的缓存空间。

volatile的出现，就是为了解决线程间不可见性，通过 volatile 修饰的变量，都会变得线程间可见。

解决多线程不可见的方式就是：

• 通过 volatile 修饰的变量，所有关于该变量的读操作，都会直接从主内存中读取，而不是 CPU 自己的缓存。而所有该变量的写操都会写到主内存上。
• 因为主内存是所有 CPU 共享的，理所当然即使是不同 CPU 上的线程也能看到其他线程对该变量的修改了。volatile不仅仅只保证 volatile变量的可见性，volatile 在可见性上所做的工作，实际上比保证 volatile 变量的可见性更多。

特性及原理

(1) 可见性

任意一个线程修改了 volatile 修饰的变量，其他线程可以马上识别到最新值。实现可见性的原理如下。

• 步骤 1：修改本地内存，强制刷回主内存。
• 步骤 2：强制让其他线程的工作内存失效过期。(此部分更多的属于MESI协议)

(2) 互斥性

同一时刻只允许一个线程操作 volatile 变量，volatile 修饰的变量在不加锁的场景下也能实现有锁的效果，类似于互斥锁。上面的 VolatileFeaturesA.java 和下面的 VolatileFeaturesB.java 两个类实现的功能是一样的(除了 getAndAdd 方法)。

(3) 部分有序性

JVM 是使用内存屏障来禁止指令重排，从而达到部分有序性效果，了解到内存屏障类型，我们就可以解决那些因重排序引起的有序性问题。

什么是内存屏障呢?内存屏障其实就是一个CPU指令，在硬件层面上来说可以扥为两种：Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障。主要有两个作用：

• 阻止屏障两侧的指令重排序;
• 强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存，让缓存中相应的数据失效。

在JVM层面上来说作用与上面的一样，但是种类可以分为四种：

实现有序性的原理：

如果属性使用了 volatile 修饰，在编译的时候会在该属性的前或后插入内存屏障来禁止指令重排。

首先一个变量被volatile关键字修饰之后有两个作用：

• 对于写操作：对变量更改完之后，要立刻写回到主存中。
• 对于读操作：对变量读取的时候，要从主存中读，而不是缓存。

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