命名
volatile 英文单词的意思为“挥发性的，不稳定的”。
修饰变量后，说明该变量是不稳定的，对该变量的读写需要与主内存交互。即该变量在线程的工作内存中挥发了，需要从主内存中进行读取。进而保证的变量的可见性。
变量可见性问题
在一个操作非volatile变量的多线程程序里，每个线程可能会从主内存复制变量到CPU缓存以提高性能。如果计算机包含多个CPU，每个线程可能运行在不同CPU上。也就是说，每个线程可能会复制变量到不同的CPU缓存中。如下图：
使用非volatile变量将不保证JVM什么时候会从主存读变量到CPU缓存，或什么时候会将变量从CPU缓存写到主存。
想象一下，多个线程读取同一个共享变量
public class SharedObject {
public int counter = 0;
}
只有线程T1更新counter变量，但线程T1, T2都可能读取counter变量。如果counter变量未声明为volatile，将不能保证counter变量何时写回到主存中，也就不能保证其他线程读取的counter变量值的正确性。如图：
volatile 的可见性保证
可见性保证如下：
- 如果线程A对一个
volatile变量进行写，随后线程B读取相同的volatile变量，那么在写volatile变量前的所有对线程A可见的变量，在线程B读取该volatile变量后，对线程B也是可见的。 - 如果线程A读取
volatile变量，那么所有对线程A可见的变量将会从主内存重新读取。
例子：
public class MyClass {
private int years;
private int months
private volatile int days;
public void update(int years, int months, int days){
this.years = years;
this.months = months;
this.days = days;
}
}
update() 方法写3个变量，其中days声明为volatile。
volatile 可见性保证：当对days进行写时，所有对该线程可见的变量（years, months）同样会被写进主内存。
同时，当读取变量years, months, days时
public int totalDays() {
int total = this.days;
total += months * 30;
total += years * 365;
return total;
}
当totalDays()方法读取days变量，months，years同样也是从主内存中读取的。
指令重排的挑战
因性能原因，Java VM与CPU允许以程序的指令进行重排，只要语义不变。比如：
int a = 1;
int b = 2;
a++;
b++;
以上指令可能被重排，但语义并没有发生变化：
int a = 1;
a++;
int b = 2;
b++;
然而，指令重排给volatile变量带来挑战。让我们重新看看这段代码：
public class MyClass {
private int years;
private int months
private volatile int days;
public void update(int years, int months, int days){
this.years = years;
this.months = months;
this.days = days;
}
}
当对days进行写时，years, months同样会被写进主内存。但是，如果JVM对指令进行了重排，如：
public void update(int years, int months, int days){
this.days = days;
this.months = months;
this.years = years;
}
years, months在被赋予新值前就被写进主内存，其他线程将不能读取新值。这时的指令重排就改变了语义。
volatile的Happens-before保证
为了解决指令重排的问题，除了可见性保证外，Java volatile关键字还提供的happens-before保证。
- 如果原先对其他变量的读写发生在写
volatile变量前，那么对其他变量的读写指令不能重排到写volatile变量后； - 如果原先对其他变量的读发生在读
volatile变量后，那么对其他变量的读指令不能重排到读volatile变量前；
volatile 并不总是满足的
即使volatile关键字保证所有对volatile变量的读都直接从主内存读取，所有对volatile变量的写都直接写主内存，仍然有定义一个变量为volatile不能够满足的情况。
在先前的例子中，只有线程1对共享变量counter进行定，对counter定义为volatile变量能够保证线程2问题能看见最新的值。
实际上，多线程甚至能写一个共享的volatile变量而主内存的值仍然是正确，如果其新值不依赖于它先前的值。也就是说，如果线程不需要读取变量先前的值去计算下一个值。
只要一个线程需要先读取volatile变量的值，然后基于该值生成一个新值，再写回volatile变量，那么volatile变量将不再足够去保证可见性的正确。在读写volatile变量的时间间隙，产生了竞态条件 ，多个线程可能读取相同的volatile变量的值，并生成新值，当写入主内存时相互覆盖彼此的值。
如：
volatile 何时是足够的
前面提到，两个线程同时读写一个共享变量，仅仅使用volatile关键字是不够的。你需要使用synchronized保证读写变量的原子性。读写volatile变量并不会阻塞线程的读写。因为这个原因，必须在临界区使用synchronized。
volatile 的性能考量
- 对
volatile变量的读写引起主内存的读写 - 读写主内存比访问CPU缓存开销更大
- 访问
volatile变量会阻止指令重排，而指令重排是正常的性能提升技术
综上所述，只有当你真的需要增强变量的可见性时，才使用volatile变量。
网友评论