Java关键字volatile是如何保证内存可见性以及防止指令重排序的？

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volatile在Java并发编程中常用于保持内存可见性和防止指令重排序
这句话很简单，看起来很好理解，但似乎又不好理解，所以我们干脆通过代码来说明。

/**
 * 
深入理解volatile关键字

 *
 * @Author: 地瓜（yangxw）
 * @Date: 2020/4/8 12:55 AM
 */
public class VolatileTest {
    final static int MXA = 5;
    static int init_value = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            int local_value = init_value;
            while (local_value < MXA) {
                if (init_value != local_value) {
                    System.out.printf("init_value 更新为[%d]\n", init_value);
                    local_value = init_value;
                }
            }
        }, "reader").start();

        new Thread(() -> {
            int local_value = init_value;
            while (local_value < MXA) {
                ++local_value;
                System.out.printf("init_value 变为[%d]\n", local_value);
                init_value = local_value;
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "update").start();
    }
}

这是一段很简单的代码，main方法中启动两个线程。第一个线程比较 init_value 和 local_value 的值，如果不相等，打印最新的 init_value 的值，并更新。第二个线程则对 local_value 做自加操作，并赋值给 init_value 。理想状态下两个线程同时运行，应该输出类似 ：

• init_value 更新为1

• init_value 变为1

如此交替递增。然而实际效果如下图：

可以看到，第一个线程的输入代码没有如预期的那样实现，那就意味着在第一个线程的while循环中，local_value 首次赋值后，init_value 的值一直没变。实际上真的没有变吗？基于以上代码，我将第一个线程做一个改造，在循环中休眠200ms，并输出最新的local_value和init_value，代码如下：

        new Thread(() -> {
            int local_value = init_value;
            while (local_value < MXA) {
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.printf("local_value=[%d],init_value=[%d]\n", local_value, init_value);
                if (init_value != local_value) {
                    System.out.printf("init_value 更新为[%d]\n", init_value);
                    local_value = init_value;
                }
            }
        }, "reader").start();

实际输出结果为：

看到这个结果，似乎有些明了。在第一个线程中，并不是init_value没有发生变化，只是线程执行太快，没能及时读取到init_value的最新值。

在一开始说到过，volatile在Java并发编程中常用于保持内存可见性和防止指令重排序。那我们不妨在init_value前加上volatile关键字，看看是否能在第一个线程中实时读取到init_value在内存中的最新值，我们把休眠的代码去掉，只保正常留输出。代码如下：

public class VolatileTest {
    final static int MXA = 5;
    volatile static int init_value = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            int local_value = init_value;
            while (local_value < MXA) {
                if (init_value != local_value) {
                    System.out.printf("init_value 更新为[%d]\n", init_value);
                    local_value = init_value;
                }
            }
        }, "reader").start();

        new Thread(() -> {
            int local_value = init_value;
            while (local_value < MXA) {
                ++local_value;
                System.out.printf("init_value 变为[%d]\n", local_value);
                init_value = local_value;
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, "update").start();
    }
}

再来看看运行结果

通过这个图，那么volatile在Java并发编程中常用于保持内存可见性就很好理解了。同时也可以结果，为什么volatile关键字在高并发场景下，为何那么好用了。

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