关键字 volatile

一、volatile 关键字

volatile 可以说是 JVM 提供的最轻量级的同步机制，当一个变量定义为 volatile 之后，它将具备两种特性：

1️⃣可以保证在多线程环境下，变量的修改可见性。
每个线程都会在工作内存(类似于寄存器和高速缓存)中，实例对象都存放在主内存中。在每个线程要使用的时候把主内存中的内容拷贝到线程的工作内存中。volatile 修饰的变量，保证每次修改了变量立即写回主内存中，同时通知所有的该对变量的缓存失效，保证缓存一致性，其他线程需要使用该共享变量时就要重新从主内存中获取最新的内容拷贝到工作内存中供处理器使用。如此保证变量修改的可见性。

注意，volatile 虽然保证了可见性，但是 Java 里面的运算(如 ++)并非原子操作，导致 volatile 变量的运算在并发下一样是不安全的。而 synchronized 关键字则是由一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作这条规则获得线程安全的。

2️⃣提供内存屏障禁止指令重排序优化
volatile 能够通过提供内存屏障，来保证某些指令顺序处理器不能够优化重排，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序。

普通的变量仅仅会保证在该方法的执行过程中所有依赖赋值结果的地方都能获取到正确的结果，而不能保证变量赋值操作的顺序与程序代码中的执行顺序一致。

下面是保守策略插入内存屏障：
在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障。
在每个 volatile 写操作的后面插入一个 StoreLoad 屏障。
在每个 volatile 读操作的前面插入一个 LoadLoad 屏障。
在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障。
这样可以保证在 volatile 修饰的变量的赋值和读取操作前后两边的大的顺序不会改变，在内存屏障前面的顺序可以交换，屏障后面的也可以换序，但是不能跨越内存屏障重排执行顺序。

二、volatile 修饰符实践

1️⃣一种实践是用 volatile 修饰 long 和 double 变量，使其能按原子类型来读写。double 和 long 都是64位宽，因此对这两种类型的读是分为两部分的。第一次读取第一个 32 位，然后再读剩下的 32 位，这个过程不是原子的。但 Java 中 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子的。
2️⃣volatile 修饰符的另一个作用是提供内存屏障(memory barrier)，例如在分布式框架中的应用。简言之，就是当写一个 volatile 变量之前，Java 内存模型会插入一个写屏障(write barrier)；读一个 volatile 变量之前，会插入一个读屏障(read barrier)。意思就是说，在写一个 volatile 域时，能保证任何线程都能看到写的值，同时在写之前，也能保证任何数值的更新对所有线程是可见的，因为内存屏障会将其他所有写的值更新到缓存。

三、Java 中能创建 volatile 数组

不过只是一个指向数组的引用，而不是整个数组。意思是，如果改变引用指向的数组，将会受到 volatile 的保护，但是如果多个线程同时改变数组的元素，volatile 标识符就不能起到之前的保护作用了。

四、volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作

在类中有一个 long 型的成员变量。如果该成员变量会被多个线程访问，如计数器、价格等，最好是将其设置为 volatile。为什么？因为 Java 中读取 long 型变量不是原子的，需要分成两步。如果一个线程正在修改该 long 变量的值，另一个线程可能只能看到该值的一半(前32位)。但是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子。

五、volatile 与 synchronized 的区别

1️⃣volatile 本质是在告诉 JVM 当前变量在寄存器中的值是不确定的，需要从主存中读取。synchronized 则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。volatile 不会造成线程的阻塞，而 synchronized 会造成线程的阻塞。

2️⃣volatile 仅能使用在变量级别。synchronized 可以使用在变量、方法中。

3️⃣volatile 仅能实现变量的修改可见性，但不具备原子特性。而 synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。

4️⃣volatile 标记的变量不会被编译器优化。synchronized 标记的变量可以被编译器优化。