Java中volatile的作用是什么

本篇內容介紹了“Java中volatile的作用是什么”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

volatile可見性實驗

舉個栗子

我這里開了兩個線程，后面的線程去修改volatile變量，前面的線程不斷獲取volatile變量，

結果是會一致卡在死循環，控制臺沒有任何輸出

假如將flag讓volatile來進行修飾

結果是：三秒后，就不會不斷打印出信息出來

注意，Thread.sleep是會刷新線程內存的，所以不要使用Thread.sleep來分別讓一個線程獲取兩次volatile變量

volatile的特性

volatile其實相當于對變量的單詞讀或寫操作加了鎖、做了同步

由于是加了鎖，所以就有前面提到的鎖的語義，即鎖的happens-before，鎖的happens-before規定了釋放鎖的操作對于后續獲得鎖操作是可見的，所以釋放鎖的線程對于后續獲得鎖的線程是可見的，意味著volatile修飾的變量的最后寫入是可以被后面獲得鎖的線程讀取的

32位的操作系統去操作64位的變量時，會分成高32位和低32位去執行，但由于鎖，會導致這個操作也是具有原子性的，因為鎖的語義決定了臨界區代碼的執行具有原子性，即必須要整個代碼塊執行完，如果沒有鎖，那么就不是原子性的，可能會被分成不連續的兩步來執行

所以，volatile變量自身是具有下面特性的

1.原子性：無論多大的變量，對其單詞讀或寫操作都是具有原子性的，但如果類似于i++這種操作就不具備原子性了，因為這本來就是兩條命令

2.可見性：操作volatile變量的線程是可以獲取前一個線程對其的修改，即當前線程總是可以看到volatile變量最后的寫入

volatile 寫與讀的內存語義

我們先來研究一下什么依賴關系需要volatile

前面提到過總共有三種依賴關系

• 讀后寫

• 寫后讀

• 寫后寫

volatile是實現可見性的，所以寫后寫就不用考慮了，而且讀后寫是不需要可見性的，所以需要可見性的是寫后讀

寫語義

volatile寫的內存語義如下：

當寫一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的本地內存中的共享變量值刷新到主內存（即不僅修改了本地內存，而且還刷新到了主內存），注意，這個刷新是按緩存行的形式（64字節）

舉個栗子

兩個線程，A線程修改flag與A，flag與A原本為默認值

所以volatile的寫是有兩個操作的，然后這兩個操作會合成一個原子操作

讀語義

volatile的讀內存語義為：當讀一個volatile變量時，JVM會把線程對應的本地內存置為無效，接下來重新去主內存中讀取共享變量，并且更新本地內存，注意：是讀的時候會置為無效，假如不讀就不會置為無效然后重新獲取

還是上面的栗子，不過多了一個線程B，線程B一開始讀的是默認值，后來再進行了一次讀取

總結一下讀寫語義

讀寫語義對應的其實就是volatile的變量修飾后，會進行怎樣的過程

其實volatile的讀寫語義，就是線程之間的通信，所以volatile也是實現了線程之間的通信，來提供可見性

• 線程A去寫volatile變量，實質上是線程A對其他要操控該volatile變量的其他線程發出了消息，該消息表明了線程A已經把該變量修改了，其他線程需要重新去獲取

• 線程B去讀volatile變量時，實質上是線程B接收到了之前某個線程發出的消息（可能沒有消息，不過也認為接收到），知道這個變量改了，需要去重新獲取

• 所以A寫B讀，就實現了兩個線程之間的通信，雖然不太嚴謹，因為可能A不寫，B也要讀

volatile的實現

前面已經提到過volatile的實現，字節碼上加了acc_volatile修飾符，然后指令層面上是使用了內存屏障，下面就來再詳細研究

volatile的內存語義實現

volatile還有一個功能就是可以防止命令重排序，也就是volatile的內存語義

為了實現volatile內存語義，JMM會限制重排序，因為重排序會讓語義出現變化，也就是會打斷與別的線程的通信，前面提到過，重排序總共有三種，而JMM會限制編譯器重排序與處理器重排序，并不會限制內存重排序

單純看表，很難去辨別為什么，所以下面只看不發生重排序的部分

• 當第二個操作是volatile寫時，無論第一個操作是什么，都不能發生重排序，保證了volatile寫之前的操作不會被重排序到寫后面

• 當第一個操作是volatile讀的時候，無論第二個操作是什么，都不能發生重排序，保證了volatile讀之后的操作不會被重排序到讀之前

• 當第一個操作為volatile寫的時候，且第二個操作是volatile讀的時候，是不可以發生重排序

第三個比較容易理解，因為volatile寫會影響后面volatile讀的嘛，先寫后讀跟線讀后寫是完全不一樣的，所以兩次操作分別為volatile讀和volatile寫或volatile寫和volatile讀都是不允許重排序的

關鍵在于前兩條怎么理解

其實都是因為volatile的讀語義，每次volatile讀都會使緩存行失效，需要去重新獲取緩存行，緩存行中不僅有volatile變量，還有其他共享變量

現在回到第二條

• 當第一個操作為volatile讀的時候，后面也是普通讀，重排序是沒有問題，但如果后面是普通寫，普通寫后續可能是會刷新進主存中的，此時volatile讀是會出現問題的

• 當第一個操作為volatile讀的時候，第二個操作也為volatile讀的時候，會形成兩次新的緩存行，而每次緩存行相同變量對應的值都可能不一樣，此時如果發生重排序，就會出現不一致，比如，不發生重排序時，從第一次新的緩存行里面讀A，從第二次新的緩存行里面讀B，發生了重排序后，就是從第一次新的緩存行里面讀B2，從第二次新的緩存行里面讀A2，B與B2是不一樣的，A于A2也是不一樣的，所以不可以重排序

現在回到第一條

• 當第一個操作為volatile寫的時候，會直接修改主存，影響后面的volatile讀，所以對于第二個操作為volatile讀是不可以重排序的

• 當第一個操作為volatile寫的時候，會直接修改主存，是會對其他線程造成影響的，同時重排序的話，會造成結果不一致，所以也不可以重排序volatile寫

• 當第一個操作為volatile寫的時候，可以普通讀，但不可以普通寫，因為普通寫后面也會更新到主存中去，重排序也是會導致結果不一致的

接下來關于不需要重排序的

• 普通讀寫和普通讀寫之前沒有volatile要求，所以可以重排序，當然這會導致并發問題

• 普通讀寫和volatile讀之間，只有一個volatile讀要求，這個讀要求不會被普通讀寫影響，所以也是可以重排序，不過對于普通讀寫部分會產生并發問題

為了實現內存語義，編譯器在生成字節碼時，會在指令序列中插入內存屏障來禁止特定類型的處理器重排序，也就是上面提到的限制重排序的類型，對于執行效率來說，屏障數越少越好，但讓JMM去動態發現最優的屏障布置是不可能的，所以采用了保守策略的JMM內存屏障和插入策略

1.在每一個volatile寫操作的前面插入一個StoreStore屏障，保證了在volatile寫操作之前，上面的所有寫操作已經執行完成，并且都刷新到主存中

2.在每一個volatile寫操作的后面插入一個StoreLoad屏障，保證了必須執行完volatile寫操作，下面的讀操作才可以執行

3.在每一個volatile讀操作的后面插入一個LoadLoad屏障，保證了在volatile讀之前，上面的所有讀操作都要完成

4.在每一個volatile讀操作的后面插入一個LoadStore屏障，保證了下面的寫操作，必須要等待volatile讀操作完成才可以繼續

由于第一次操作為普通讀，第二次操作為volatile讀是允許發生重排序的，所以volatile讀前面不需要加內存屏障

“Java中volatile的作用是什么”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！