volatile 简介

一般用来修饰共享变量，保证可见性和可以禁止指令重排

• 多线程操作同一个变量的时候，某一个线程修改完，其他线程可以立即看到修改的值，保证了共享变量的可见性
• 禁止指令重排，保证了代码执行的有序性
• 不保证原子性，例如常见的i++ （但是对单次读或者写保证原子性）

可见性代码示例

以下代码建议使用PC端来查看，复制黏贴直接运行，都有详细注释

我们来写个代码测试一下，多线程修改共享变量时究竟需不需要用volatile修饰变量

1. 首先，我们创建一个任务类

public class Task implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程开始,flag是 "+Demo.flag);
        //当共享变量是true时,就一直卡在这里，不输出下面那句话
        // 当flag是false时，输出下面这句话
        while (Demo.flag){

        }
        System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程结束,flag是 "+Demo.flag);
    }
}

2.其次，我们创建个测试类

class Demo {

    //共享变量，还没用volatile修饰
    public static   boolean flag = true ;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程开始,flag是 "+flag);
        //开启刚才线程
        new Thread(new Task()).start();
        try {
            //沉睡一秒，确保刚才的线程已经跑到了while循环
            //要不然还没跑到while循环，主线程就将flag变为false
            Thread.sleep(1000L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //改变共享变量flag转为false
        flag = false;
        System.out.println("这是"+Thread.currentThread().getName()+"线程结束,flag是 "+flag);
    }
}

3.我们查看一下输出结果

image

可见，程序并没有结束，他卡在了这里，为什么卡在了这里呢，就是因为我们在主线程修改了共享变量flag为false,但是另一个线程没有感知到，这个变量的修改对另一个线程不可见

• 如果要是用volatile变量修饰的话，结果就变成了下面这个样子

public static volatile boolean flag = true

image

可见，这次主线程修改的变量被另一个线程所感知到了，保证了变量的可见性

可见性原理分析

那么，神奇的 volatile 底层到底做了什么呢，你的改变，逃不过他的法眼？为什么不用他修饰变量的话，变量的改变其他线程就看不见？

回答此问题的时候首先，我们需要了解一下JMM(Java内存模型)

image

注：本地内存是JMM的一种抽象，并不是真实存在的，本地内存它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化之后的一个数据存放位置

• 由此我们可以分析出来，主线程修改了变量，但是其他线程不知道，有两种情况 主线程修改的变量还没有来得及刷新到主内存中，另一个线程读取的还是以前的变量主线程修改的变量刷新到了主内存中，但是其他线程读取的还是本地的副本
• 当我们用 volatile 关键字修饰共享变量时就可以做到以下两点 当线程修改变量时，会强制刷新到主内存中当线程读取变量时，会强制从主内存读取变量并且刷新到工作内存中

指令重排

• 何为指令重排？

为了提高程序运行效率，编译器和cpu会对代码执行的顺序进行重排列，可这有时候会带来很多问题

我们来看下代码

//指令重排测试
public class Demo2 {

    private Integer number = 10;
    private boolean flag = false;
    private Integer result = 0;

    public void  write(){
        this.flag = true; // L1
        this.number = 20; // L2
    }

    public void  reader(){
         while (this.flag){ // L3
             this.result = this.number + 1; // L4
         }
    }
}

假如说我们有A、B两个线程 他们分别执行write()方法和 reader()方法，执行的顺序有可能如下图所示

image

• 问题分析： 如图可见，A线程的L2和L1的执行顺序重排序了，如果要是这样执行的话，当A执行完L2时，B开始执行L3，可是这个时候flag还是为false，那么L4就执行不了了，所以result的值还是初始值0，没有被改变为21，导致程序执行错误

这个时候，我们就可以用volatile关键字来解决这个问题，很简单，只需

private volatile Integer number = 10;

• 这个时候L1就一定在L2前面执行

A线程在修改number变量为20的时候，就确保这句代码的前面的代码一定在此行代码之前执行，在number处插入了内存屏障 ,为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排

内存屏障

内存屏障又是什么呢？一共有四种内存屏障类型，他们分别是

1. LoadLoad屏障： Load1 LoadLoad Load2 确保Load1的数据的装载先于Load2及所有后续装载指令的装载
2. LoadStore屏障： Load1 LoadStore Store2 确保Load1的数据的装载先于Store2及所有后续存储指令的存储
3. StoreLoad屏障： Store1 StoreLoad Load2 确保Store1的数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于Load2及所有后续的装载指令的装载
4. StoreStore屏障： Store1 StoreStore Store2 确保Store1数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于Store2及所有后续存储指令的存储 StoreLoad 是一个全能型的屏障，同时具有其他3个屏障的效果。执行该屏障的花销比较昂贵，因为处理器通常要把当前的写缓冲区的内容全部刷新到内存中（Buffer Fully Flush）

• 装载load 就是读 int a = load1 （ load1的装载）
• 存储store就是写 store1 = 5 （ store1的存储）

volatile与内存屏障

那么volatile和这四种内存屏障又有什么关系呢，具体是怎么插入的呢？

1. volatile写 （前后都插入屏障） 前面插入一个StoreStore屏障后面插入一个StoreLoad屏障
2. volatile读（只在后面插入屏障） 后面插入一个LoadLoad屏障后面插入一个LoadStore屏障

官方提供的表格是这样的

image

我们此时回过头来在看我们的那个程序

  this.flag = true; // L1
  this.number = 20; // L2

由于number被volatile修饰了，L2这句话是volatile写，那么加入屏障后就应该是这个样子

  this.flag = true; // L1
  //  StoreStore  确保flag数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于number及所有后续存储指令的存储
  this.number = 20; // L2
  // StoreLoad  确保number数据对其他处理器可见（刷新到内存）先于所有后续存储指令的装载

所以L1,L2的执行顺序不被重排序