一、基本概念

先補(bǔ)充一下概念：Java 內(nèi)存模型中的可見性、原子性和有序性。

可見性：

　　可見性是一種復(fù)雜的屬性，因?yàn)榭梢娦灾械腻e(cuò)誤總是會(huì)違背我們的直覺。通常，我們無法確保執(zhí)行讀操作的線程能適時(shí)地看到其他線程寫入的值，有時(shí)甚至是根本不可能的事情。為了確保多個(gè)線程之間對內(nèi)存寫入操作的可見性，必須使用同步機(jī)制。

　　可見性，是指線程之間的可見性，一個(gè)線程修改的狀態(tài)對另一個(gè)線程是可見的。也就是一個(gè)線程修改的結(jié)果。另一個(gè)線程馬上就能看到。比如：用volatile修飾的變量，就會(huì)具有可見性。volatile修飾的變量不允許線程內(nèi)部緩存和重排序，即直接修改內(nèi)存。所以對其他線程是可見的。但是這里需要注意一個(gè)問題，volatile只能讓被他修飾內(nèi)容具有可見性，但不能保證它具有原子性。比如 volatile int a = 0；之后有一個(gè)操作 a++；這個(gè)變量a具有可見性，但是a++ 依然是一個(gè)非原子操作，也就是這個(gè)操作同樣存在線程安全問題。

　　在 Java 中 volatile、synchronized 和 final 實(shí)現(xiàn)可見性。

原子性：

　　原子是世界上的最小單位，具有不可分割性。比如 a=0；（a非long和double類型） 這個(gè)操作是不可分割的，那么我們說這個(gè)操作時(shí)原子操作。再比如：a++； 這個(gè)操作實(shí)際是a = a + 1；是可分割的，所以他不是一個(gè)原子操作。非原子操作都會(huì)存在線程安全問題，需要我們使用同步技術(shù)（sychronized）來讓它變成一個(gè)原子操作。一個(gè)操作是原子操作，那么我們稱它具有原子性。java的concurrent包下提供了一些原子類，我們可以通過閱讀API來了解這些原子類的用法。比如：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。

　　在 Java 中 synchronized 和在 lock、unlock 中操作保證原子性。

有序性：

　　Java 語言提供了 volatile 和 synchronized 兩個(gè)關(guān)鍵字來保證線程之間操作的有序性，volatile 是因?yàn)槠浔旧戆敖怪噶钪嘏判颉钡恼Z義，synchronized 是由“一個(gè)變量在同一個(gè)時(shí)刻只允許一條線程對其進(jìn)行 lock 操作”這條規(guī)則獲得的，此規(guī)則決定了持有同一個(gè)對象鎖的兩個(gè)同步塊只能串行執(zhí)行。

下面內(nèi)容摘錄自《Java Concurrency in Practice》：

　　下面一段代碼在多線程環(huán)境下，將存在問題。

+ View code
 /**
  * @author zhengbinMac
  */
  public class NoVisibility {
   private static boolean ready;
   private static int number;
   private static class ReaderThread extends Thread {
     @Override
     public void run() {
       while(!ready) {
         Thread.yield();
       }
       System.out.println(number);
     }
   }
   public static void main(String[] args) {
     new ReaderThread().start();
     number = 42;
     ready = true;
   }
 }

        NoVisibility可能會(huì)持續(xù)循環(huán)下去，因?yàn)樽x線程可能永遠(yuǎn)都看不到ready的值。甚至NoVisibility可能會(huì)輸出0，因?yàn)樽x線程可能看到了寫入ready的值，但卻沒有看到之后寫入number的值，這種現(xiàn)象被稱為“重排序”。只要在某個(gè)線程中無法檢測到重排序情況（即使在其他線程中可以明顯地看到該線程中的重排序），那么就無法確保線程中的操作將按照程序中指定的順序來執(zhí)行。當(dāng)主線程首先寫入number，然后在沒有同步的情況下寫入ready，那么讀線程看到的順序可能與寫入的順序完全相反。

　　在沒有同步的情況下，編譯器、處理器以及運(yùn)行時(shí)等都可能對操作的執(zhí)行順序進(jìn)行一些意想不到的調(diào)整。在缺乏足夠同步的多線程程序中，要想對內(nèi)存操作的執(zhí)行春旭進(jìn)行判斷，無法得到正確的結(jié)論。

　　這個(gè)看上去像是一個(gè)失敗的設(shè)計(jì)，但卻能使JVM充分地利用現(xiàn)代多核處理器的強(qiáng)大性能。例如，在缺少同步的情況下，Java內(nèi)存模型允許編譯器對操作順序進(jìn)行重排序，并將數(shù)值緩存在寄存器中。此外，它還允許CPU對操作順序進(jìn)行重排序，并將數(shù)值緩存在處理器特定的緩存中。

二、Volatile原理

　　Java語言提供了一種稍弱的同步機(jī)制，即volatile變量，用來確保將變量的更新操作通知到其他線程。當(dāng)把變量聲明為volatile類型后，編譯器與運(yùn)行時(shí)都會(huì)注意到這個(gè)變量是共享的，因此不會(huì)將該變量上的操作與其他內(nèi)存操作一起重排序。volatile變量不會(huì)被緩存在寄存器或者對其他處理器不可見的地方，因此在讀取volatile類型的變量時(shí)總會(huì)返回最新寫入的值。

　　在訪問volatile變量時(shí)不會(huì)執(zhí)行加鎖操作，因此也就不會(huì)使執(zhí)行線程阻塞，因此volatile變量是一種比sychronized關(guān)鍵字更輕量級(jí)的同步機(jī)制。

　　當(dāng)對非 volatile 變量進(jìn)行讀寫的時(shí)候，每個(gè)線程先從內(nèi)存拷貝變量到CPU緩存中。如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU，每個(gè)線程可能在不同的CPU上被處理，這意味著每個(gè)線程可以拷貝到不同的 CPU cache 中。

　　而聲明變量是 volatile 的，JVM 保證了每次讀變量都從內(nèi)存中讀，跳過 CPU cache 這一步。

當(dāng)一個(gè)變量定義為 volatile 之后，將具備兩種特性：

　　1.保證此變量對所有的線程的可見性，這里的“可見性”，如本文開頭所述，當(dāng)一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值，volatile 保證了新值能立即同步到主內(nèi)存，以及每次使用前立即從主內(nèi)存刷新。但普通變量做不到這點(diǎn)，普通變量的值在線程間傳遞均需要通過主內(nèi)存（詳見：Java內(nèi)存模型）來完成。

　　2.禁止指令重排序優(yōu)化。有volatile修飾的變量，賦值后多執(zhí)行了一個(gè)“l(fā)oad addl $0x0, (%esp)”操作，這個(gè)操作相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)存屏障（指令重排序時(shí)不能把后面的指令重排序到內(nèi)存屏障之前的位置），只有一個(gè)CPU訪問內(nèi)存時(shí)，并不需要內(nèi)存屏障；（什么是指令重排序：是指CPU采用了允許將多條指令不按程序規(guī)定的順序分開發(fā)送給各相應(yīng)電路單元處理）。

volatile 性能：

　　volatile 的讀性能消耗與普通變量幾乎相同，但是寫操作稍慢，因?yàn)樗枰诒镜卮a中插入許多內(nèi)存屏障指令來保證處理器不發(fā)生亂序執(zhí)行。

以上就是深入了解Java中Volatile關(guān)鍵字的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java中Volatile關(guān)鍵字的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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