valatile是什么？

蜗牛也有肌肉

已于 2022-02-07 16:13:45 修改

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分类专栏： JUC 文章标签： java 开发语言后端

于 2022-02-07 16:08:13 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_38007019/article/details/122810251

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本文详细介绍了Java中的volatile关键字，它确保了线程间的可见性，但不保证原子性。volatile通过内存屏障防止指令重排序，从而在多线程环境中提供一定的安全性。文章通过示例展示了volatile在单例模式和并发计数中的应用，并强调了其在DCL双端检锁机制中的作用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

volatile是什么？

JMM（Java内存模型 Java Memory Model,简称JMM）本身是一种抽象的概念并不真实存在，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式

1.1 JMM关于同步的规定

线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存
线程加锁前，必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
加锁解锁是同一把锁

1.2 JMM内存模型只可见性

由于JVM运行程序的程序的实体是线程，而每个线程创建JVM都会为其创建一个工作内存（有些地方称为栈空间），工作内存是每个线程的私有数据区域，而Java内存模型中规定所有变量存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作（读取赋值等）必须在工作内存中进行，首先将变量从主内存拷贝到自己的工作空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存的变量，各个线程的工作内存中储存的内存中的变量，各个线程的工作内存中储存着主内存中的变量副本拷贝，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程的通信（传值）必须通过主内存来完成，其简要访问过程如下：

在这里插入图片描述


class MyData{
    volatile int number;
}

public class VolatileDemo {
  	 // 验证volatile的可见性
     // 假如int number = 0;number 变量之前根本没有添加volatile关键字修饰，没有可见性
  	 // 添加了volatile	可以解决可见性问题
    public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();
        new Thread(()->{
          System.out.println("currentThreadName"+Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            myData.number = 10;
            System.out.println("cureentThread change number:"+myData.number);
        },"t1").start();
				
      // main线程读取到对象的数据会拷贝到私有空间  
      // t1线程3s钟修改数据参数后把数据刷到主内存
      //参数有加volatile关键字 主内存会通知各个线程上次读取的参数数据作废
        while (myData.number == 0){}

        System.out.println("currentThreadName:"+Thread.currentThread().getName());
    }
}

1.3 volatile不保证原子性

通过前面对JMM的介绍，我们知道各个线程对主内存中共享变量的操作都是各个线程拷贝到自己的工作内存进行操作后再写回写到主内存中的。

这就可能存在一个现车AAA线程修改了共享变量X的值但还未写回主内存时，另一个线程BBB又对主内存中同一个共享变量X进行操作，但此时A线程工作内存中共享变量X对线程B来说并不可见，这种工作内存与主内存同步延迟现象就造成了可见性问题

  /**
  	验证volatile 不保证原子性
  	不可分割，完整性，也即某个线程正在做某个具体业务时，中间不可以被加塞或者被分割。需要整体完整
  	要么同时成功，要么同时失败
  **/
	public static void main(String[] args) {
        MyData myData = new MyData();
        for (int i = 0;i <20;i++){
            new Thread(()->{
                for (int j = 0; j <1000; j++) {
                    myData.addPlusPlus();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        while (Thread.activeCount()>2){
          	//使当前线程由执行状态，变成为就绪状态
            Thread.yield();
        }
        System.out.println("当前数据是："+myData.number);

    }

1.4 volatile 不保证原子性理论解释

java文件被编译成class文件后， n++ 这行代码被分成了三个指令，所以当多线程操作值的时候，会出现第一个线程修改值后未刷新主内存值，第二个线程就进来拿到了修改前的值。

在这里插入图片描述

1.5 volatile指令重排

计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排，一般分为三种

在这里插入图片描述

单线程环境里面确保程序最终执行的结果和代码顺序执行的结果一致

处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性

多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一执行是无法确定的，结果无法预测。

在这里插入图片描述

volatile实现禁止指令重排优化，从而多线程环境下程序出现乱序执行的现象

先了解一个概念，内存屏障（Memoory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个；

一是保证特定操作的执行顺序

二是保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）

由于编译器和处理器都能执行指令重排优化。如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说通过插入内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化。内存屏障另外一个作用是强制刷出各种CPU的缓存数据，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。

1.6 单例模式

public class SingletonDemo{
  public static volatile SingletonDemo instance = null;
  
  // DCL 双端检锁机制
  public static SingletonDemo getInstance{
    if (instance == null) {
      	synchronized(SingletonDemo.class){
          if (instance == null) {
             instance = new Singleton();
          }
        }
    }
    return instance;
  }
}