前言

最近在看并發(fā)編程藝術(shù)這本書斗这，對(duì)看書的一些筆記及個(gè)人工作中的總結(jié)。

volatile是輕量級(jí)的synchronized，它在多處理器開發(fā)中保證了共享變量的“可見性”.可見性指的是當(dāng)一個(gè)線程修改一個(gè)共享變量時(shí)，另外一個(gè)線程讀到這個(gè)修改的值碧聪。如果volatile關(guān)鍵字使用恰當(dāng)?shù)脑挘萻ynchronized的使用和執(zhí)行成本更低液茎，因?yàn)槠洳粫?huì)引起線程上下文的切換和調(diào)度逞姿。

看一個(gè)demo：

public class VolatileTest extends Thread{
    //volatile
    private volatile boolean isRunning = true;
    //private boolean isRunning = true;
    private void setRunning(boolean isRunning){
        this.isRunning = isRunning;
    }

    public void run(){
        System.out.println("進(jìn)入run方法..");
        int i = 0;
        while(isRunning == true){
            //..
        }
        System.out.println("線程停止");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileTest rt = new VolatileTest();
        rt.start();
        Thread.sleep(3000);
        rt.setRunning(false);
        System.out.println("isRunning的值已經(jīng)被設(shè)置了false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(rt.isRunning);
    }
}

volatile boolean isRunning = true;  //isRunning是volatile修飾的變量

轉(zhuǎn)變成匯編語言：

0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi);0x01a3de24: **lock** addl $0x0,(%esp);

lock指令在多核處理器下會(huì)引發(fā)了二件事情：

• 將當(dāng)前處理器緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存
• 這個(gè)寫回內(nèi)存的操作會(huì)使在其他cpu里緩存了該內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)無效话侄。
  為了提高處理速度亏推，處理器不直接和內(nèi)存進(jìn)行通信，而是將系統(tǒng)內(nèi)存讀到內(nèi)部緩存（l1年堆，l2或其他）后進(jìn)行操作径簿，但操作完不知道何時(shí)會(huì)寫到內(nèi)存。如果對(duì)聲明了volatile的變量進(jìn)行寫操作嘀韧，jvm就會(huì)向處理器發(fā)送一條lock前綴的指令，將這個(gè)變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存缠捌。但是就算寫到了內(nèi)存锄贷，如果其他處理器緩存還是舊的，再執(zhí)行計(jì)算操作就會(huì)有問題曼月。所以谊却，在多處理器下，為了保證各個(gè)處理器的緩存時(shí)一致的哑芹，就會(huì)實(shí)現(xiàn)緩存一致性協(xié)議炎辨，每個(gè)處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址被修改了聪姿，就會(huì)將當(dāng)前處理器的緩存行地址被修改碴萧，就會(huì)將當(dāng)前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)乙嘀，當(dāng)處理器對(duì)著數(shù)據(jù)進(jìn)行修改操作的時(shí)候，會(huì)重新從系統(tǒng)內(nèi)存中把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里破喻。

volatile的特性

只要它是volatile變量虎谢，對(duì)該變量的讀/寫就具有原子性。如果是多個(gè)volatile操作或類似于volatile++這種復(fù)合操作曹质，這些操作整體上不具有原子性婴噩。
簡(jiǎn)而言之，volatile變量自身具有下列特性羽德。

• 可見性几莽。對(duì)一個(gè)volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對(duì)這個(gè)volatile變量最后的寫入宅静。
• 原子性：對(duì)任意單個(gè)volatile變量的讀/寫具有原子性章蚣，但類似于volatile++這種復(fù)合操作不具有原子性。

看個(gè)demo：

public class VolatileTest2 extends Thread{

    private static volatile int count;
    private static void addCount(){
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++ ;
        }
        System.out.println(count);  //85821坏为，如果是具有原子性的究驴，那么打印出來的應(yīng)該是100000
    }

    public void run(){
        addCount();
    }

    public static void main(String[] args) {

        VolatileTest2[] arr = new VolatileTest2[100];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i] = new VolatileTest2();
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i].start();
        }
    }
}

結(jié)果：

14024
19308
31530
33912
44302
52539
62539
78652
79881
85821

當(dāng)每個(gè)線程循環(huán)1000次的時(shí)候，打印出來的結(jié)果大多情況下是10000匀伏，說明volatile++的時(shí)候在次數(shù)比較少的時(shí)候還是具有原子特性的洒忧。
如果想要是的類型++具有原子特性可以使用并發(fā)包下提供的AtomicInteger類。

volatile的內(nèi)存語義

volatile讀的內(nèi)存語義如下：
當(dāng)讀一個(gè)volatile變量時(shí)够颠，JMM會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存置為無效熙侍。線程接下來將從主內(nèi)存中讀取共享變量。

下面對(duì)volatile寫和volatile讀的內(nèi)存語義做個(gè)總結(jié)履磨。

• 線程A寫一個(gè)volatile變量蛉抓，實(shí)質(zhì)上是線程A向接下來將要讀這個(gè)volatile變量的某個(gè)線程發(fā)出了（其對(duì)共享變量所做修改的）消息。
• 線程B讀一個(gè)volatile變量剃诅，實(shí)質(zhì)上是線程B接收了之前某個(gè)線程發(fā)出的（在寫這個(gè)volatile變量之前對(duì)共享變量所做修改的）消息巷送。
• 線程A寫一個(gè)volatile變量，隨后線程B讀這個(gè)volatile變量矛辕，這個(gè)過程實(shí)質(zhì)上是線程A通過主內(nèi)存向線程B發(fā)送消息笑跛。

volatile的內(nèi)存語義實(shí)現(xiàn)

• 當(dāng)?shù)诙€(gè)操作是volatile寫時(shí)，不管第一個(gè)操作是什么聊品，都不能重排序飞蹂。這個(gè)規(guī)則確保volatile寫之前的操作不會(huì)被編譯器重排序到volatile寫之后。
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作是volatile讀時(shí)翻屈，不管第二個(gè)操作是什么陈哑，都不能重排序。這個(gè)規(guī)則確保volatile讀之后的操作不會(huì)被編譯器重排序到volatile讀之前。
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作是volatile寫惊窖，第二個(gè)操作是volatile讀時(shí)刽宪，不能重排序。

為了實(shí)現(xiàn)volatile的內(nèi)存語義爬坑，編譯器在生成字節(jié)碼時(shí)纠屋，會(huì)在指令序列中插入內(nèi)存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。對(duì)于編譯器來說盾计，發(fā)現(xiàn)一個(gè)最優(yōu)布置來最小化插入屏障的總數(shù)幾乎不可能售担。為此，JMM采取保守策略署辉。下面是基于保守策略的JMM內(nèi)存屏障插入策略族铆。

• 在每個(gè)volatile寫操作的前面插入一個(gè)StoreStore屏障。
• 在每個(gè)volatile寫操作的后面插入一個(gè)StoreLoad屏障哭尝。
• 在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadLoad屏障哥攘。
• 在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadStore屏障。

由于volatile僅僅保證對(duì)單個(gè)volatile變量的讀/寫具有原子性材鹦，而鎖的互斥執(zhí)行的特性可以確保對(duì)整個(gè)臨界區(qū)代碼的執(zhí)行具有原子性逝淹。在功能上，鎖比volatile更強(qiáng)大桶唐；在可伸縮性和執(zhí)行性能上栅葡，volatile更有優(yōu)勢(shì)。

其實(shí)在執(zhí)行volatile讀寫的時(shí)候會(huì)插入不同的內(nèi)存屏障尤泽，不同的處理器比如說32位處理器和x86處理器的屏障也不一樣欣簇，增加了內(nèi)存屏障導(dǎo)致單個(gè)volatile讀寫具有原子性。

注：

JMM是指java內(nèi)存模型