關(guān)于volatile的理解

LiveVideoStack 發(fā)布于2019-08-15 15:28 / 816人閱讀

摘要：但在多線程環(huán)境中就可能出現(xiàn)問題如下面代碼線程語句語句線程線程中的語句和語句并沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，所以可能會進行指令重排序，先去執(zhí)行語句，而這時線程會以為線程已經(jīng)執(zhí)行完而去執(zhí)行這樣就導(dǎo)致程序出錯。

經(jīng)常會聽到volatile這個關(guān)鍵字，但沒有深入的去了解過它，今天好好的整理一下
要談volatile，我們先談?wù)勊睦洗蟾鐂ynchronized
一.synchronized

并發(fā)編程中最重要的三個特性是什么？原子性，可見性，有序性。只要有一個不能保證，就有可能導(dǎo)致程序的運行錯誤，我們熟知的synchronized就能保障原子性，可見性，有序性，因為synchronized能保障任意一個時刻只有一個線程執(zhí)行該代碼塊，自然就不存在原子性的問題，又因為在釋放鎖之前會將變量的修改刷新到主存中，因此保證可見性，又因為每一時刻只有一個線程在執(zhí)行代碼，相當于讓線程順序執(zhí)行同步代碼，所以也可以保證有序性。所以synchronized可保證原子性，可見性，有序性

二.volatile

volatile可以說是一個稍弱的同步機制，因為它可以保障可見性和有序性，不能保障原子性

1.volatile可見性

先看下圖，java中所有的變量都存儲在主內(nèi)存區(qū)，在多線程環(huán)境中，還有自己的工作內(nèi)存，線程操作變量時是從主存中拷貝變量到工作內(nèi)存操作，這樣很容易產(chǎn)生"臟讀"的問題。synchronized解決此問題的方法上面也談到了，volatile是如何保證的呢？當一個變量被volatile修飾時，它會保證每次被修改的值會被立刻更新到主存，而且當緩存1對某個變量進行修改時，其它線程的工作內(nèi)存中的該變量的緩存行無效（反映到硬件層的話，就是CPU的L1或者L2緩存中對應(yīng)的緩存行無效），緩存2發(fā)現(xiàn)自己的變量無效后會等待緩存行對應(yīng)的主存地址被更新后從主存中讀取最新值，這樣就保證了可見性

2.volatile有序性

說到volatile的有序性就要提到指令重排序（Instruction Reorder），什么是指令重排序？這是JVM為了提高代碼的執(zhí)行效率對代碼進行的優(yōu)化，它不能保證代碼先后順序執(zhí)行的一致，但可以保證執(zhí)行的結(jié)果和順序執(zhí)行的結(jié)構(gòu)一致。但在多線程環(huán)境中就可能出現(xiàn)問題,如下面代碼

        //線程1
        func1();               語句1
        boolean flag = true;   語句2

        //線程2
        while (!flag){
            sleep();
        }
        func2();

線程1中的語句1和語句2并沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，所以可能會進行指令重排序，先去執(zhí)行語句2，而這時線程2會以為線程1已經(jīng)執(zhí)行完func1()而去執(zhí)行func2(),這樣就導(dǎo)致程序出錯。
volatile關(guān)鍵字修飾的變量能禁止指令重排序，這樣就在一定程度上保證了有序性
應(yīng)用：

（1）狀態(tài)標記量

        //線程1
        func1();                        語句1
        boolean volatile flag = true;   語句2

        //線程2
        while (!flag){
            sleep();
        }
        func2();

這是對上面程序的改進，避免了程序出錯

（2）單例模式中的雙重校驗鎖

public class Singleton3 {
    private Singleton3(){}
    private static volatile Singleton3 instance = null;

    public static Singleton3 getInstance() {
        if(instance == null){
            synchronized (Singleton3.class){
                instance = new Singleton3();
            }
        }
        return instance;
    }
}

我們看到已經(jīng)有synchronizd來保證線程同步，為什么還需要volatile來修飾變量instance呢？
原因在 instance = new Singleton3();這句，JVM實際上對它進行了如下操作

（1）給instance分配內(nèi)存
（2）調(diào)用Singleton3的構(gòu)造函數(shù)完成初始化成員變量
（3）將instance指向內(nèi)存分配空間

但由于JVM存在指令重排序優(yōu)化，執(zhí)行的順序可能就為1-3-2，就可能發(fā)生當3執(zhí)行完另一個線程以為它已經(jīng)執(zhí)行完了，搶占當前線程，這時instance非null但沒有初始化，所以另一個線程和以后的線程都會直接返回該沒有初始化的instance，從而出現(xiàn)錯誤。當有volatile修飾變量instance，就可以禁止指令重排序，從而避免出錯。