java中volatile关键字的含义_深入理解java中的volatile关键字

volatile 美[ˈvɑːlətl]

adj. 易变的; 无定性的; 无常性的; 可能急剧波动的; 不稳定的; 易恶化的; 易挥发的; 易发散的;

语义

保证任何一个线程改变了volatile修饰的变量,这个改动对其他线程都是可见的

禁止该条指令重排序

线程间可见

看下下面一段代码:

//线程1

boolean stop = false;

while(!stop){

doSomething();

}

//线程2

stop = true;

这种情况下,线程2对stop的修改可能不会影响线程1的运行,也可能会影响线程1的运行;

假设线程1和线程2是在不同的处理器中运行,线程2修改了stop的值,按照现代处理器的设计思路,只会改动cpu缓存cache中的值,过了一段时间后才会同步到主存中;对于线程2同样读取的stop值也是读的其cache中的值,所以两个线程的stop何时同步就变得不确定。volatile就是为了解决此类问题而设计,后面会详细说明怎么解决的。

什么是指令重排序

为了尽可能减少内存操作速度远慢于CPU运行速度所带来的CPU空置的影响,虚拟机会按照自己的一些规则(这规则后面再叙述)将程序编写顺序打乱——即写在后面的代码在时间顺序上可能会先执行,而写在前面的代码会后执行——以尽可能充分地利用CPU。比方说new一个byte[1024*1024]的数组,其后的操作可能不等其地址分配完毕前就执行。

但是,不管怎么重排序,单线程的执行结果肯定是和程序顺序一致的

public void execute(){

int a=0;

int b=1;

int c=a+b;

}

不管a=0还是b=1是什么顺序,c=a+b肯定在这两个语句之后。虚拟机有一套重排序的规则,保证这个结果。

重排序,总结下来就是,单个线程里看所有操作都是有序的,但是看别的线程,操作总是乱七八糟的。

volatile声明的变量会确保本变量前的语句均被执行

//线程1:

context = loadContext(); //语句1

//如果inited不被volatile修饰,可能因为语句2优先执行,导致线程2报错,加了volatile修饰符后,语句2处理前,语句1肯定已经执行完毕,不会出现这个问题。

volatile inited = true; //语句2

//线程2:

while(!inited ){

sleep()

}

doSomethingwithconfig(context);

实现原理

volatile修饰的变量编译后,会在变量前加个lock前缀指令,这个指令相当于一个内存屏障,主要提供三个功能:

它会强制对缓存的修改立即写入主存中

如果是写操作,其他cpu会受到总线信号,缓存中对应的数据失效,后续再读时,会重新从主存中读取。

确保重排指令时,其后的指令不会被重排到内存屏障前,内存屏障前的指令也不会被排到其后,即执行内存屏障这条指令时,确保其前面的指令已经执行完毕。

volatile修饰的变量是否具有原子性

volatile只能保证读取的变量为最新值,无法保证原子性

比如i++这个操作,因为其不是原子操作,分为读取和++两个操作,线程1读取i为1,如果线程1被阻塞住,没来得及++;线程2读取的也是最新的,结果也是1,线程2更新i后,i变为2,线程1继续运行,由于其工作内存中的i还是1,所以导致线程1会再将i更新为2,这样就出现问题。

使用场景

synchronized本质是加锁,对性能肯定有影响。所以某些情况下volatile关键字性能是优于synchronized的;但是volatile无法保证原子性,所以无法替代syschronized。

一般在如下场景下使用volatile关键字:

1)对变量的写操作不依赖于当前值

2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。

1.状态标记量

volatile boolean shutdownRequested;

...

public void shutdown() {

shutdownRequested = true;

}

public void doWork() {

while (!shutdownRequested) {

// do stuff

}

}

2.独立观察(independent observation)

定期 “发布” 观察结果供程序内部使用

//身份验证机制如何记忆最近一次登录的用户的名字

public class UserManager {

public volatile String lastUser; //发布的信息

public boolean authenticate(String user, String password) {

boolean valid = passwordIsValid(user, password);

if (valid) {

User u = new User();

activeUsers.add(u);

lastUser = user;

}

return valid;

}

}

3.开销较低的“读-写锁”策略

如果读操作远远超过写操作,您可以结合使用内部锁和 volatile 变量来减少公共代码路径的开销。

public class CheesyCounter {

// Employs the cheap read-write lock trick

// All mutative operations MUST be done with the 'this' lock held

@GuardedBy("this") private volatile int value;

//读操作,没有synchronized,提高性能

public int getValue() {

return value;

}

//写操作,必须synchronized。因为x++不是原子操作

public synchronized int increment() {

return value++;

}

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