有关volatile关键字
在Java虚拟机中volatile是什么？
当一个变量被定义成volatile之后，它将具备两项特性：
- 1、保证此变量对所有线程的可见性
- 2、禁止指令重排序优化
一、什么是对所有线程的可见性
这里的“可见性”是指当一个线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程来说是立即可知的。
普通变量却做不到这一点，它的值在线程间传递时需要通过主内存完成。
例如：线程A修改一个普通变量的值，然后向主内存进行回写，另外一条线程B在线程A回写完成了之后再对 主内存进行读取操作，新变量值才会对线程B可见。
基于volatile变量的运算在并发下并不能说是线程安全的，是由于Java里面的运算操作符并非原子操作，这导致volatile变量的运算在并发下一样是不安全的。
public class Test {
public volatile int inc = 0;
public void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保证前面的线程都执行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}
以上代码执行的结果是10000吗？其实每次执行的结果都会不一样。
由于使用了volatile关键字，不应该修改后马上更新回主存吗?
确实使用了volatile关键字，当修改变量后，就会回到主存中，并且导致其他线程中的缓存无效，重新从主存中读取变量。
但是inc++实际的操作是：
从主存中读取inc变量，把inc自增一后，再写回主存，做了三步操作，那么就会出现以下情况：
- 1、线程1先读取了
inc的原始值0，然后线程1被阻塞了； - 2、线程2也去读取
inc的原始值0，然后做自增操作后inc就等于1，写回到主存中。由于线程1只是读取了inc的值，并没有做写入操作，所以线程2的缓存也不会失效，直接做自增操作写回主存 - 3、线程1在之前已经读取了
inc的值，现在只是做修改操作，然后写回主存。这样就写入了两次11的值。
由于volatile变量只能保证可见性，需要符合以下两条规则的运算场景中，否则我们要通过加锁 （使用synchronized、java.util.concurrent中的锁或原子类）来保证原子性：
- 运算结果并不依赖变量的当前值，或者能确保只有单一线程修改变量的值
- 变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束
以下这类场景中就很适合使用volatile变量来控制并发
volatile boolean shutdownRequested;
public void shutdown() {
shutdownRequested = true;
}
public void doWork() {
while (!shutdownRequested) {
// 代码的业务逻辑
}
}
当shutdown()方法被 调用时，能保证所有线程中执行的doWork()方法都立即停下来。
一、什么是禁止指令重排序优化
volatile能在一定程度保证有序性
- 1、当程序执行到volatile变量的读或写操作时，在其前面的更改操作已经全部进行了，其结果对后面的操作可见
- 2、在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。
举个例子：
//x、y为非volatile变量
//flag为volatile变量
x = 2; //语句1
y = 0; //语句2
flag = true; //语句3
x = 4; //语句4
y = -1; //语句5
由于flag变量为volatile变量，那么在进行指令重排序的过程的时候，不会将语句3放到语句1、语句2前面，也不会讲语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。
总结
下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：
- “观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：
- 1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
- 2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
- 3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。
最后，大多数场景下volatile的总开销仍然要比锁来得更低。
参考文章
1、《深入理解Java虚拟机》
2、 Java并发编程：volatile关键字解析
