volatile 关键字的作用(变量可见性、禁止重排序)

volatile 关键字的作用(变量可见性、禁止重排序)

Java 语言提供了一种稍弱的同步机制,即 volatile 变量,用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile 变量具备两种特性,volatile 变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方,因此在读取 volatile 类型的变量时总会返回最新写入的值。

变量可见性

其一是保证该变量对所有线程可见,这里的可见性指的是当一个线程修改了变量的值,那么新的值对于其他线程是可以立即获取的。

解决内存可见性问题方式的一种是加锁,但是使用锁太笨重,因为它会带来线程上下文的切换开销。Java提供了一种弱形式的同步,也就是volatile关键字。该关键字确保对一个变量的更新对其他线程马上可见。

当一个变量被声明为volatile时,线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者其他地方,而是会把值刷新回主内存。

当其他线程读取该共享变量时,会从主内存重新获取最新值,而不是使用当前线程的工作内存中的值。

理解volatile保证可见性的一个好方法是把对volatile变量的单个读/写,看成是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步。示例如下:

public class VolatileDemo {

    volatile long count = 0L;

    public void set(long l) {
        count = l;
    }

    public void getAndIncrement() {
        count++;
    }

    public long get() {
        return count;
    }

}

class VolatileDemo2 {
    long count = 0L;

    public synchronized void set(long l) {
        count = l;
    }

    public void getAndIncrement() {
        long temp = get();
        temp += 1L;
        set(temp);
    }

    public synchronized long get() {
        return count;
    }

}
禁止重排序

volatile 禁止了指令重排。

sychronized 更轻量级的同步锁

在访问 volatile 变量时不会执行加锁操作,因此也就不会使执行线程阻塞,因此 volatile 变量是一种比 sychronized 关键字更轻量级的同步机制。volatile 适合这种场景:一个变量被多个线程共享,线程直接给这个变量赋值。

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当对非 volatile 变量进行读写的时候,每个线程先从内存拷贝变量到 CPU 缓存中。如果计算机有多个 CPU,每个线程可能在不同的 CPU 上被处理,这意味着每个线程可以拷贝到不同的 CPU cache 中。而声明变量是 volatile 的,JVM 保证了每次读变量都从内存中读,跳过 CPU cache 这一步。

适用场景

值得说明的是对 volatile 变量的单次读/写操作可以保证原子性的,如 long 和 double 类型变量,但是并不能保证 i++这种操作的原子性,因为本质上 i++是读、写两次操作。在某些场景下可以代替 Synchronized。但是,volatile 的不能完全取代 Synchronized 的位置,只有在一些特殊的场景下,才能适用 volatile。总的来说,必须同时满足下面两个条件才能保证在并发环境的线程安全:

(1)对变量的写操作不依赖于当前值(比如 i++),或者说是单纯的变量赋值(boolean flag = true)。

(2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中,也就是说,不同的 volatile 变量之间,不能互相依赖。只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile。

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