Java并发编程（六）：volatile原理详解_java volatile原理-优快云博客

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volatile简介

之前少侠已经介绍过synchronized关键字，volatile也一样是Java中线程同步的重要机制。由JMM内存模型可知，各个线程会将共享变量从主内存中拷贝到工作内存，然后处理器会基于工作内存中的数据进行操作。线程在工作内存进行操作后何时会写到主内存中？这个时机对普通变量是没有规定的，而针对volatile修饰的变量给Java虚拟机特殊的约定，线程对volatile变量的修改会立刻被其他线程所感知，即不会出现数据脏读的现象，从而保证数据的“可见性”。

volatile的初体验

/**
 1. @author Carson
 2. @date 2020/5/29 21:51
 */
public class VolatileService {
    //此时不用volatile修饰
    private static int digit = 0;
    private static boolean isReady = false;
    private static ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("VolatileService-%d").build();
    private static ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(5, 50,1000, TimeUnit.MILLISECONDS,
     new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    public static void main(String[] args) {
        executorService.submit(() -> {
            while (true) {
                if (isReady) {
                    System.out.println("Ready");
                    System.out.println(digit);
                    break;
                }
            }
        });
        try {
            Thread.sleep(100L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        digit = 66;
        isReady = true;
    }
}

注意看此时digit和isReady没有用volatile修饰，我利用sleep()方法使得主线程休眠了100毫秒之后继续运行，发现手动开启的线程进入死循环，一直没有输出结果，说明主线程修改的值对另一个线程不可见。然而当我将digit和isReady变量用volatile修饰时，神奇的事情发生了，线程输出了内容并跳出了循环，如下图所示：
在这里插入图片描述
这说明了主线程对volatile修饰的变量值的修改对别的线程是立即可见的。事实上这也验证了大名鼎鼎的happens-before规则：对一个volatile对象的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。

volatile的实现原理和内存语义

1 实现原理

在生成汇编代码时会在volatile修饰的共享变量进行写操作的时候，JVM会向处理器发出一条Lock前缀的指令，那么Lock前缀的指令在多核处理器下会发现什么事情呢？主要有这两个方面的影响：

将当前处理器缓存行的数据写回系统内存；
这个写回内存的操作会使得其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效，进而就会从内存中重读该变量数据，即可以获取当前最新值。

为了提高处理速度，处理器不直接和内存进行通信，而是先将系统内存的数据读到内部缓存（L1，L2或其他）后再进行操作，但操作完不知道何时会写到内存。如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。但是，就算写回到内存，如果其他处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题。所以，在多处理器下，为了保证各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议：每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里。

2 内存语义

如下图所示，当volatile变量写后，线程中本地内存中共享变量就会置为失效的状态，因此线程T2再需要读取从主内存中去读取该变量的最新值。下图就展示了线程T2读取同一个volatile变量的内存变化示意图。可以理解为线程T1和线程T2之间进行了一次通信，线程T1在写volatile变量时，实际上就像是给T2发送了一个消息告诉线程T2缓存的是旧值，然后线程T2读这个volatile变量时就只能去主内存拉取了。
在这里插入图片描述
那么JVM中volatile的内存语义是如何实现的呢？答案是内存屏障。JVM内存屏障有四类：

之前我们有学到指令重排序规则，JVM对volatile变量也指定了相应的规则：

"NO"表示禁止重排序。为了实现volatile内存语义时，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。对于编译器来说，发现一个最优布置来最小化插入屏障的总数几乎是不可能的，为此，JMM采取了保守策略：