Java并发编程 Volatile关键字解析

volatile关键字的两层语义

　　一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：

　　1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。

　　2）禁止进行指令重排序。

根据volatile的语义，我们可以看到，volatile主要针对的是并发三要素（原子性，可见性和有序性）中的后两者有实际优化作用。

可见性：

　　线程本身并不直接与主内存进行数据的交互，而是通过线程的工作内存来完成相应的操作。这也是导致线程间数据不可见的本质原因。因此要实现volatile变量的可见性，直接从这方面入手即可。对volatile变量的写操作与普通变量的主要区别有两点：

　　（1）修改volatile变量时会强制将修改后的值刷新的主内存中。

　　（2）修改volatile变量后会导致其他线程工作内存中对应的变量值失效。因此，再读取该变量值的时候就需要重新从读取主内存中的值。

　　通过这两个操作，就可以解决volatile变量的可见性问题。

有序性：

　　volatile会触发jvm的内存屏障策略

　　

内存屏障策略：

（1）LoadLoad 屏障

　　执行顺序：Load1—>Loadload—>Load2

　　确保Load2及后续Load指令加载数据之前能访问到Load1加载的数据。

（2）StoreStore 屏障

　　执行顺序：Store1—>StoreStore—>Store2

　　确保Store2以及后续Store指令执行前，Store1操作的数据对其它处理器可见。

（3）LoadStore 屏障

　　执行顺序： Load1—>LoadStore—>Store2

　　确保Store2和后续Store指令执行前，可以访问到Load1加载的数据。

（4）StoreLoad 屏障

　　执行顺序: Store1—> StoreLoad—>Load2

　　每次对volatile进行读写操作，根据上述表格，会触发对应的CPU指令，从线程内存缓冲区将之前更改的变量刷入主存。

　　简单来说，volatile会在一定程度上影响jvm指令集的优化策略，在volatile之前和之后的指令集不会乱序越过volatile变量执行。暂时volatile之前和之后的指令集在没有关联性的前提下，jvm可以乱序执行。

　　jvm的volatile策略，在一定程度上，打折扣地实现了jvm的happens-before原则（先行发生原则），如下所述。

 

• 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
• 锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
• volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
• 传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
• 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
• 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
• 线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
• 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

volatile常见使用场景：

（1）状态标记量

（2）单例模式一次性安全发布

（3）低开销读写锁

参考文档：

《Java并发编程：Volatile关键字解析》http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

《Java多线程：volatile变量，happens－before关系及内存一致性》http://www.importnew.com/17149.html

《Java并发编程：volatile的使用及其原理》http://www.cnblogs.com/paddix/p/5428507.html

《Java理论与实践：正确使用Volatile变量》https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp06197.html