Java 关键字 volatile 详解

bsyonline
2016/08/08
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Concurrent

volatile 是 Java 语言的关键字，常常和 synchronized 进行比较。

volatile 和 synchronized 简单比较

	volatile	synchronized
作用位置	变量	方法，代码块
同步对象	主内存和线程内存之间某个变量的值	主内存和线程内存之间所有变量的值
消耗资源	少	多

volatile 不能像 synchronized 一样广泛的用于线程安全，因为 volatile 不能保证原子性，所以 volatile 不能保证线程安全。但是在某些特殊场景下使用 volatile 要比 synchronized 和锁简单和高效，还能使程序更加简单。

内存可见性

Java 的每个线程都拥有自己的内存，在某个时间点，多个线程中间的同一个变量的值可能是不同的，volatile 的作用就是让变量对所有线程都是一致的，每次获得的都是该变量的最新值，即可见性。比如程序需要有一个标识来指示一个一次性操作，像资源初始化，那么使用 volatile 是非常方便的。

public class VolatileExample {
    volatile boolean init = false;

    public boolean isInit() {
        return init;
    }

    public void setInit(boolean init) {
        this.init = init;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileExample volatileExample = new VolatileExample();
        new Thread(() -> {
            while (!volatileExample.isInit()) {
            }
            System.out.println("t2 completed");
        }, "t2").start();

        Thread.sleep(5000);
        volatileExample.setInit(true);
        System.out.println("init = true");
    }
}

volatile 变量比使用 synchronized 代码要简单一些，在这种只有一种状态转换的情况使用 volatile 是合适的。

禁止指令重排

volatile 的另一个作用是禁止指令重排。JVM 为了提高程序的执行效率，可能会对没有前后依赖关系的程序指令进行优化，从而改变执行的顺序。比如双重校验单例的代码：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance = null;

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

instance = new Singleton() 并不是原子操作，它对应了 3 条 JVM 指令：

memory = allocate();   //1：分配对象的内存空间 
ctorInstance(memory);  //2：初始化对象 
instance = memory;     //3：设置instance指向刚分配的内存地址

由于 2 和 3 并没有依赖顺序，所以如果 JVM 对其进行指令重排，顺序可能会变成 1 3 2 。如果在多线程的场景中，就可能出现 instance 不为空，但是还没有初始化完成的情况，所以为了避免出现此种问题，可以使用 volatile 来禁止指令重排。
在使用 volatile 关键字修饰变量后，JVM 会通过内存屏障来保证指令的顺序。

在每个 volatile 写操作前插入 StoreStore 屏障，在写操作后插入 StoreLoad 屏障。
在每个 volatile 读操作前插入 LoadLoad 屏障，在读操作后插入 LoadStore 屏障。

内存可见性

禁止指令重排

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