1气筋、什么是volatile
volatile是java的一個關(guān)鍵字，它提供了一種輕量級的同步機(jī)制旋圆。相比于重量級鎖synchronized宠默，volatile更為輕量，因為它不會引起線程上下文的切換和調(diào)度灵巧。
2光稼、volatile的兩個作用
可以禁止指令的重排序優(yōu)化。
提供多線程訪問共享變量的內(nèi)存可見性孩等。
3.1什么是指令重排
指令重排序是JVM為了優(yōu)化指令艾君，提高程序運(yùn)行效率，在不影響單線程程序執(zhí)行結(jié)果的前提下肄方，盡可能地提高并行度冰垄，例如將多條指令并行執(zhí)行或者是調(diào)整指令的執(zhí)行順序。但是在多線程的情況下，指令重排序可能會帶來問題虹茶，例如程序執(zhí)行的順序可能會被調(diào)整逝薪。在加上volatile關(guān)鍵字后可以有效解決這個問題。
下面我們舉個例子：
double r =2.1;//1
double pi =3.14;//2
double area=pi*r*r;//3
以上代碼語句的執(zhí)行順序為1-》2-》3蝴罪，但實際上順序無論是1-2-3還是2-1-3對結(jié)果并無影響董济，所以在編譯時和運(yùn)行時可以根據(jù)需要對1、2語句進(jìn)行重排序要门。
重排序是指編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對指令序列進(jìn)行排序的一種手段虏肾，重排序需要遵守一定規(guī)則：
1 不會對存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的操作進(jìn)行重排序
2 重排序是為了優(yōu)化性能，但是不管怎么重排序欢搜，單線程下程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變
3.2 指令重排帶來的問題
基于雙重檢驗的單例模式：
public class Singleton3(
? ? private static Singleton3 instance = null;
? ? private Singleton3(){}
? ? public static Singleton3 getInstance(){
? ? ? ? if(instance==null){
? ? ? ? ? ? synchronized(Singleton3.class){
? ? ? ? ? ? ? ? if(instance==null)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? instance=new Singleton3();//非原子操作
????????????}
????????}
? ? ? ? return instance;
????}
)
事實上封豪，這個單例模式的實現(xiàn)方式是有問題的，問題在于instance=new Singleton3()炒瘟；并不是一個原子操作吹埠。
我們可以將其抽象成以下幾條指令：
memory=allocate();//1：分配對象的內(nèi)存空間
ctorInstance(memory); //2：初始化對象
instance = memory; //3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
可以看到，操作2依賴于操作1疮装，但操作3并不依賴于操作2缘琅，所以JVM是可以針對它們進(jìn)行指令的優(yōu)化重排序的，經(jīng)過重排序后如下：
memory=allocate();//1：分配對象的內(nèi)存空間
instance = memory; //3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
ctorInstance(memory); //2：初始化對象
指令重排之后廓推，instance執(zhí)行分配好的內(nèi)存放在了前面刷袍，而這段內(nèi)存的初始化被放在了后面，在線程A執(zhí)行這段賦值語句受啥，在初始化對象之前就已經(jīng)將其賦值給instance引用做个，恰好另一個線程進(jìn)入方法判斷instance引用不為null鸽心，然后就將其返回使用滚局，導(dǎo)致出錯。
3.3 禁止指令重排的原理
volatile關(guān)鍵字提供內(nèi)存屏障的方式來防止指令被重排顽频，編譯器在生成字節(jié)碼文件時藤肢，會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。
內(nèi)存屏障會確保指令重排序時不會把其后面的指令排到內(nèi)存屏障之前的位置糯景，也不會把前面的指令排到內(nèi)存屏障的后面嘁圈；即在執(zhí)行到內(nèi)存屏障這句指令時，在它前面的操作已經(jīng)全部完成蟀淮。
對于上面的基于雙重檢驗的單例模式最住，我們只需對其稍作修改即可令其正確運(yùn)行，我們已經(jīng)知道怠惶，問題來自于指令重排涨缚，那么我們禁止掉指令重排即可，用volatile關(guān)鍵字修飾instance變量策治，使得instance在讀脓魏、寫操作前后都會插入內(nèi)存屏障兰吟，避免重排序，完整代碼如下：
public class Singleton3(
? ? private static volatile Singleton3 instance = null;
? ? private Singleton3(){}
? ? public static Singleton3 getInstance(){
? ? ? ? if(instance==null){
? ? ? ? ? ? synchronized(Singleton3.class){
? ? ? ? ? ? ? ? if(instance==null)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? instance=new Singleton3();
????????????}
????????}
return instance;
????}
)
4 保證內(nèi)存可見性
4.1 什么是保證內(nèi)存可見性
java支持多個線程同時訪問一個對象或者是對象的成員變量茂翔，由于每個線程可以擁有這個變量的拷貝（雖然對象以及成員變量分配的內(nèi)存是在共享內(nèi)存中的混蔼，但是每個執(zhí)行的線程還是可以擁有一份拷貝，這樣做的目的是加速程序的執(zhí)行珊燎，這是現(xiàn)代多核處理器的一個顯著特性）惭嚣，所以程序在執(zhí)行過程中，一個線程看到的變量不一定是最新的俐末。volatile告知程序任何對該變量的訪問均需要從共享內(nèi)存中獲取料按，而對它的改變必須同步刷新回共享內(nèi)存，它能保證所有線程對變量訪問的可見性卓箫。
4.2 實現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)
如果對聲明了volatile的變量進(jìn)行寫操作载矿，JVM就會向處理器發(fā)送一條Lock前綴的指令，將這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存烹卒。
但是闷盔，就算寫回到內(nèi)存，如果其他處理器緩存的值還是舊的旅急，再執(zhí)行計算操作就會有問題逢勾，所以，在多處理器下藐吮，為了保證各個處理器的緩存是一致的溺拱，就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，每個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谣辞，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對應(yīng)的內(nèi)存地址被修改迫摔，就會將當(dāng)前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)，當(dāng)處理器對這個數(shù)據(jù)進(jìn)行修改操作的時候泥从，會重新從系統(tǒng)內(nèi)存中把數(shù)據(jù)讀到處理區(qū)緩存里句占。
具體地說，內(nèi)存可見性也是通過內(nèi)存屏障實現(xiàn)的躯嫉，它會執(zhí)行下面兩個操作：
強(qiáng)制將對緩存的修改操作立即寫入主存纱烘；
如果是寫操作，它會導(dǎo)致其他CPU中對應(yīng)的緩存行無效
5 總結(jié)
volatile提供了一種輕量級的同步機(jī)制祈餐，在訪問volatile變量時不會執(zhí)行加鎖操作擂啥，因此也就不會使執(zhí)行線程阻塞。
volatile只能確狈簦可見性哺壶，而加鎖機(jī)制既可以確保可見性又可以確保原子性。
volatile屏蔽掉了JVM中必要的代碼優(yōu)化变骡，所以在效率上比較低离赫。
相比于synchronized，雖然volatile更簡單并且開銷更低塌碌，但是它的同步性較差渊胸，而且其使用也更容易出錯。
