Volatile关键字实现原理

最新推荐文章于 2024-08-25 21:01:45 发布

王哲晓

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分类专栏： Java

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本文深入解析Java中的Volatile关键字，探讨其在多线程环境下的作用与原理，包括保证可见性和有序性，以及与Synchronized的区别。同时，文章提供了Volatile的典型使用场景，如状态标志和双重检查锁定。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1、认识Volatile关键字

2、机器硬件CPU与JMM

public class ReaderAndUpdater {
    final static int MAX = 50;
    static int init_value = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            int localValue = init_value;
            while (localValue < MAX) {
                if (localValue != init_value) {
                    System.out.println("The init_value: " + init_value);
                    localValue = init_value;
                }
            }
        }, "Reader").start();

        new Thread(() -> {
            int localValue = init_value;
            while (localValue < MAX) {
                System.out.println("The init_value will be change to : " + (++localValue));
                init_value = localValue;
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "Updater").start();
    }
}

3、Volatile关键字的语义分析

作用：让其他线程能够马上感知到某一线程对某个变量的修改。

保证可见性：对共享变量的修改，其他的线程能马上感知到。

保证有序性：

重排序（编译阶段、指令优化阶段）

输入程序的代码顺序并不是实际执行的顺序。

重排序后对单线程没有影响，对多线程有影响。

不能保证原子性：读、写（i++）

Volatile规则：

对于Volatile修饰的变量，其之前的代码不能调整到它的后面去，其后面的代码也不能调整到它的前面去。

Volatile的原理和实现机制（轻量级锁）

public class InCreaseDemo000 {
    static volatile int m = 0;
    public static void increase() {
        m++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()-> {
                for (int j = 0; j < 5; j++) {
                    increase();
                }
            }).start();
        }
        System.out.println(m);
    }
}

4、Volatile的使用场景

状态标志（开关模式）

public class ShutDownDemo extends Thread {

    private volatile boolean started = false;

    public void run() {
        while(started) {
            dowork();
        }
    }

    public void shutdown() {
        started = false;
    }
}

双重检查锁定（double-checked-locking）

public class Singleton {

    private volatile static Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
}

需要利用顺序性

5、Volatile和Synchronized的区别

使用上的区别

Volatile只能修饰变量，而Synchronized可以修饰方法和语句块。

对原子性的保证

Synchronized可以保证原子性，而Volatile不能。

对可见性的保证

两者都可以保证可见性，但是两者的实现原理不同。Volatile是对变量加了lock，而Synchronized使用了monitorEnter和monitorexit，monitor对应JVM的指令。

对有序性的保证

Volatile保证了有序性，Synchronized也可以，但是代价太大（重量级，由并发退化到串行执行）。

其他

Synchronized会引起线程阻塞，而Volatile不会。