摘要：多線程是一個(gè)龐大的知識(shí)體系，這里對(duì)其中的進(jìn)行一個(gè)總結(jié)，理清他的來龍去脈。替換重量級(jí)鎖在中又稱為重量級(jí)鎖，能夠保重的幾大特性一致性，原子性，可見性。

Java多線程是一個(gè)龐大的知識(shí)體系，這里對(duì)其中的volatile進(jìn)行一個(gè)總結(jié)，理清他的來龍去脈。

要搞懂volatile，首先得了解CPU在運(yùn)行過程中的存儲(chǔ)是如何處理的，其結(jié)構(gòu)如圖

CPU會(huì)把一些經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)緩存在cache中，避免每次都去訪問較慢的memory。在單線程環(huán)境下，如果一個(gè)變量的修改都在cache中，自然不會(huì)有什么問題，可是在多線程環(huán)境中就可能是下面這個(gè)圖的示意圖(單核另當(dāng)別論)

CPU1 修改了一個(gè)變量a存入cache1，但是CPU2 在cache2中看到的a任然是之前的a,所以造成CPU1修改失效，我們來看看示例代碼:

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Counter {
    private static  boolean stop ;
    //private static volatile boolean stop ;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (!stop) {
                    i++;
                }
            }
        } );
        t.start();

        TimeUnit.MILLISECONDS .sleep(5);
        stop = true;
    }
}

在我的4核筆記本上運(yùn)行結(jié)果：

就一直運(yùn)行著，沒有停止(需要手工停止)，這說明在主線程中修改的stop變量后，線程t沒有讀取到最新的stop的值，還一直是false。

volatile的原理就是，如果CPU1修改了一個(gè)變量a，不僅要修改自身的cache，還要同步到memory中去，并且使CPU2的cache中的變量a失效，如果CPU2要讀取a，那么就必須到memory中去讀取，這樣就保證了不同的線程之間對(duì)于a的可見性，亦即，無論哪個(gè)線程，隨時(shí)都能獲得變量a最新的最新值。
我們來看看示例代碼：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Counter {
    //private static  boolean stop ;
    private static volatile boolean stop ;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread t = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (!stop) {
                    i++;
                }
            }
        } );
        t.start();

        TimeUnit.MILLISECONDS .sleep(5);
        stop = true;
    }
}

在我的4核筆記本上運(yùn)行結(jié)果：

很快程序就結(jié)束了，說明線程t讀到了經(jīng)主線程修改后的stop變量，然后就停止了。

（例子源于《effective Java》）

就像上面的代碼里，把簡(jiǎn)單地volatile變量作為狀態(tài)標(biāo)志，來達(dá)成線程之間通訊的目的，省去了用synchronized還要wait，notify或者interrupt的編碼麻煩。

在Java中synchronized 又稱為重量級(jí)鎖，能夠保重JMM的幾大特性：一致性，原子性，可見性。但是由于使用了鎖操作，在一定程度上會(huì)有更高的性能消耗（鎖的線程互斥性亦即資源消耗）。而volatile能提供可見性，原子性（單個(gè)變量操作，不是a++這種符合操作），所以在讀寫上，可以用volatile來替換synchronized的讀操作，而寫操作仍然有synchronized實(shí)現(xiàn)，能取得更好的性能。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Counter1 {

    private class Count11 {
        private  int value;
        public synchronized int getValue() {
            return value;
        }
        public synchronized int increment() {
            return value++;
        }
    }

//    private class Count11 {
//        private volatile int value=0;
//        int getValue() {  return value;    }
//        synchronized int increment() {    return value++;    }
//    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Counter1.Count11 count11 = new Counter1().new Count11();
        List threadArrayList = new ArrayList<>();
        final int[] a = {0};
        Long allTime = 0l;
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                int b = 0;
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    count11.increment();
                    a[0] = count11.getValue();
                }
                for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                    b++;
                    a[0] = count11.getValue();
                }
            });
            t.start();
            threadArrayList.add(t);
        }
        for (Thread t : threadArrayList) {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        allTime = ((endTime - startTime));
        System.out.println("result: " + a[0] + ", average time: " + (allTime) + "ms");



    }

}

volatile優(yōu)化結(jié)果：

result: 40000, average time: 124ms
result: 40000, average time: 133ms
result: 40000, average time: 141ms
result: 40000, average time: 112ms
result: 40000, average time: 123ms
result: 40000, average time: 143ms
result: 40000, average time: 120ms
result: 40000, average time: 120ms

未優(yōu)化結(jié)果：

result: 40000, average time: 144ms
result: 40000, average time: 150ms
result: 40000, average time: 149ms
result: 40000, average time: 165ms
result: 40000, average time: 134ms
result: 40000, average time: 132ms
result: 40000, average time: 157ms
result: 40000, average time: 138ms
result: 40000, average time: 158ms

可見使用volatile過后效果的確優(yōu)于只使用synchronized的性能，不過試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有個(gè)閾值，如果讀取修改次數(shù)較小，比如1000以內(nèi)，只使用synchronized效果略好，存取次數(shù)變大以后 volatile的優(yōu)勢(shì)才慢慢體現(xiàn)出來（次數(shù)達(dá)到10000的話，差距就在60ms左右）。

還有很多用法，在將來的學(xué)習(xí)中，不斷總結(jié)與挖掘。

無論處于應(yīng)用的哪一層，優(yōu)化的思路都是可以相互借鑒的，比如我們做一個(gè)服務(wù)集群，如果每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要保存所有用戶的session，就很難使得session同步，我們就可以借鑒volatile這種思路，在集群之上搞一個(gè)調(diào)度器，如果某一個(gè)節(jié)點(diǎn)修改了一個(gè)用戶session，就報(bào)告給調(diào)度器，然后調(diào)度器通知其他所有節(jié)點(diǎn)修改該用戶session。而一般情況下，數(shù)據(jù)的讀寫比都比較高，所以這樣做就能到達(dá)一個(gè)很好的性能。

引用類型的volatile只在引用本身發(fā)生變化時(shí)具有可見性，其引用的對(duì)象的元素發(fā)生變化時(shí)不具有可見性

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