1、volatile關(guān)鍵字主要有三方面作用

1、實(shí)現(xiàn)long/double類型變量的原子操作
2、防止指令重排序（內(nèi)存屏障實(shí)現(xiàn)，JIT編譯器搞的）
3、實(shí)現(xiàn)變量的可見性（內(nèi)存屏障實(shí)現(xiàn)）

2、解析“實(shí)現(xiàn)long/double類型變量的原子操作”

對(duì)于long和double原生數(shù)據(jù)類型都是占8個(gè)字節(jié)，也就是64位， 對(duì)于Java的原生類型還有其它6種，為啥單單只提到long和double呢？因?yàn)槌诉@倆原生類型，其它的原生類型不管是變量的讀寫都是原子性的，比如說：int a = 1;，它就是一個(gè)原子操作，也就是線程安全的。但是??！對(duì)于long和double類型它們卻不是原子的，怎么理解，下面用一圖來闡述一下為啥不是原子的：

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double a = 1.0；

寫讀的情況下的問題

（線程1寫到一半，線程2寫完了，線程1再寫另外一半）
它在寫入時(shí)是先寫入低32位的數(shù)字，再寫入高32位的數(shù)字，然后再將高低32組合起來就變成了最終值了，所以很明顯這種寫操作不是原子性的，分步驟了嘛，所以如果在多線程的環(huán)境下，此時(shí)非原子的操作就會(huì)產(chǎn)生問題了，下面來分析一下會(huì)產(chǎn)生啥問題：

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同時(shí)寫的情況下

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好，此時(shí)線程2又準(zhǔn)備來寫低32位了，此時(shí)就變成這樣了：

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3、volatile關(guān)鍵字對(duì)硬件上的影響：

這是必須要理解的前提條件，這里再稍加闡述一下背景：在JVM當(dāng)中，如果不用volatile修飾變量的話，程序在讀取該變量時(shí)往往不會(huì)直接從內(nèi)存當(dāng)中讀取，而是從cpu的寄存器中讀取，因?yàn)榧拇嫫魇荂PU直接可以操縱最快的途徑，而內(nèi)存要比寄存器要慢得多，如果沒有volatile修飾的變量由于不是直接從內(nèi)存當(dāng)中讀取的，所以有可能讀取的值不是最新的值；而當(dāng)使用volatile修飾變量時(shí)，應(yīng)用就不會(huì)從寄存器中獲取該變量的值，而是從內(nèi)存（高速緩存）中獲取，這樣就能保存每次讀取的都是最新的，因?yàn)橹苯邮菑膬?nèi)存中讀的，但是肯定會(huì)損失一些性能，畢境比從寄存器中讀要慢一些。

4、volatile跟鎖關(guān)系：

在有些文獻(xiàn)當(dāng)中將volatile關(guān)鍵字是一個(gè)“輕量級(jí)的鎖”，為啥？因?yàn)樵谀承﹫?chǎng)景下volatile關(guān)鍵字和鎖有一些類似的地方。類似的有以下兩點(diǎn)：

1、確保變量的內(nèi)存可見性。

2、防止指令重排序。

volatile關(guān)鍵字和鎖都使用了內(nèi)存屏障實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于synchronized代碼塊而言，對(duì)應(yīng)的字節(jié)碼指令

monitorenter
內(nèi)存屏障 （Acquire Barrier，獲取屏障）/ /防止monitorenter指令和下面代碼重排序
.....
內(nèi)存屏障 （Release Barrier，釋放屏障）/ /防止monitorexit指令和上面代碼重排序
monitorexit

既然類似那直接用volatile來實(shí)現(xiàn)鎖操作不就可以了么？其實(shí)還是有不同的點(diǎn)的：

1、相比于鎖，volatile可以確保對(duì)變量寫操作的原子性（一條CPU的指令），但是它不具備排他性（像synchronized關(guān)鍵字就有排他性，所謂排他性就是同一時(shí)間只能有一個(gè)線程進(jìn)行上鎖，其它線程只能進(jìn)行等待）。使用volatile關(guān)鍵字修飾一個(gè)變量時(shí)，當(dāng)一個(gè)線程對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行寫操作，同時(shí)其他的線程也可以對(duì)它進(jìn)行寫操作，這個(gè)語義可以確保修改這個(gè)變量是正確的

2、使用鎖可能會(huì)導(dǎo)致線程的上下文切換（內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)之間的切換），而使用volatile并不會(huì)出現(xiàn)這種情況。volatile始終處于用戶態(tài)狀態(tài)

5、volatile使用場(chǎng)景：

總結(jié)：如果要實(shí)現(xiàn)volatile寫操作的原子性，那么在等號(hào)右側(cè)的賦值變量中就不能出現(xiàn)被多線程所共享的變量，哪怕這個(gè)變量也是volatile也不可以。

雖說volatile可以稱之為“輕量級(jí)的”鎖，但是?。∷荒苋〈i，因?yàn)樗陨碛幸恍╇y以解決的問題存在，什么問題呢？下面進(jìn)一步闡述一下：

int a = b + 2;

像上面這句代碼會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)指令呢？其實(shí)是會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)指令，第一個(gè)指令是b+1，而第二個(gè)指令是將b+1的值賦值給a，很明顯不是原子性的操作。那咱們用一下volatile唄：

volatile int a = b + 2;

這樣就能保證原子操作了么？no!!!!因?yàn)閷?duì)于等式右側(cè)的"b+2"這個(gè)可以被多個(gè)線程訪問，那a的值也就有不確定性了，如如果這樣修改呢？

volatile int b = 1;
volatile int a = b + 2;

也不行，雖說b是原子性了，但是“b + 2”還不是呀。那再看一個(gè)等式：

valatile int a = a++;

也不能確保a變量的原子性，因?yàn)閍++這本身就不是原子的，先加再賦值兩步操作，所以對(duì)于這種賦值操作右側(cè)不是原子性的情況不適合使用volatile，而正確的使用姿勢(shì)應(yīng)該是這樣：

volatile int count = 1;
volatile boolean flag = false;

下面再來看一個(gè)等式；

volatile Date date = new Date();

由于new Data()它背后是先在堆中開辟空間，然后最終返回一個(gè)引用賦值給變量date，也不是一個(gè)原子的，這里只能保證引用賦值操作是原子的，所以此時(shí)的volatile關(guān)鍵字保證不了原子性。

6、何為指令重排序？

這其實(shí)涉及到JIT（Just In Time）的一些功能，在現(xiàn)代化的JVM編譯器當(dāng)中，它會(huì)根據(jù)我們所寫的代碼的情況自動(dòng)的一定程序的優(yōu)化，其中優(yōu)化當(dāng)中就有一個(gè)可能就是會(huì)對(duì)咱們的指令進(jìn)行一定的修改，比如按照順序執(zhí)行了三條指令：1、2、3【對(duì)應(yīng)我們的代碼順序】，但是在編譯完之后可能生成的字節(jié)碼會(huì)變成3、2、1，或1、3、2等，也就是對(duì)指令進(jìn)行重排序了，這里用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來直觀的看一下指令重排序的大概思想：

int a = 0;
int b = 1;

a++;

重排后可能為：

int a = 0;
a++;
int b = 0;

對(duì)于這個(gè)重排序其實(shí)是編譯器為了讓我們的程序執(zhí)行的性能更高而采取的一種優(yōu)化手段，但是?。?！在極端情況下這種指令重排序的優(yōu)化手段并不是我們需要的，所以此時(shí)就需要防止某些指令重排序，而是按我們所編寫的代碼的順序來執(zhí)行。對(duì)于指令重排序而言，在單線程環(huán)境下肯定是沒任何問題的，如果有問題也不可能出現(xiàn)這種優(yōu)化策略了，重點(diǎn)是在多線程的環(huán)境下這種所謂優(yōu)化的指令重排序策略可能就會(huì)產(chǎn)生問題，而這個(gè)volatile關(guān)鍵字就具備這種防止指令重排序的功能。

7、闡述內(nèi)存屏障（memeory barrier）：

對(duì)于volatile關(guān)鍵字變量的讀寫操作，本質(zhì)上都是通過內(nèi)存屏障來執(zhí)行的，而內(nèi)存屏障兼具了如下兩方面的能力：

• 1、防止指令重排序。

• 2、實(shí)現(xiàn)變量?jī)?nèi)存的可見性。

1、volatile寫入操作

int a = 1;
String s = "Hello";

內(nèi)存屏障 （Release Barrier，釋放屏障）

volatile boolean v = false; / /寫入操作

內(nèi)存屏障（Store Barrier，存儲(chǔ)屏障）

• 釋放屏障：防止下面的volatile與上面的所有操作的指令重排序，即遇到該屏障，則會(huì)把它之前的所有代碼發(fā)布出去，其他的線程就能立馬看到最新的結(jié)果

• 存儲(chǔ)屏障：它的重要作用是刷新處理器的緩存，結(jié)果是可以確保該存儲(chǔ)屏障之前一切的操作所生成的結(jié)果對(duì)于其他處理器來說都可見（注意：是包括當(dāng)前的寫入操作）

2、volatile讀取操作：

內(nèi)存屏障 （Load Barrier，加載屏障）
boolean v1 = v; / /讀取操作 ，前面有volatile boolean v = false;
內(nèi)存屏障 （Acquire Barrier，獲取屏障）

int a = 1;
String s = "Hello";

• 加載屏障：可以刷新處理器緩存，同步其他處理器對(duì)該volatile變量的修改結(jié)果。（即讓v一定是最新的值，而非舊值。在volatile變量讀入到工作內(nèi)存時(shí)，都會(huì)刷新處理器緩存）
• 獲取屏障：可以防止上面的volatile讀取操作與下面的所有操作語句的指令重排序，則會(huì)把volatile讀取操作執(zhí)行的代碼發(fā)布出去，其他的線程就能立馬看到最新的結(jié)果（其實(shí)是其他CPU總線嗅探到共享變量的數(shù)據(jù)變化，CPU會(huì)將在工作內(nèi)存的該變量對(duì)應(yīng)的緩存行設(shè)置為無效狀態(tài)， 當(dāng)CPU對(duì)該變量進(jìn)行讀取時(shí)需要重新往主內(nèi)存中再次讀取，相當(dāng)于可以看到最新的結(jié)果）

3、兩個(gè)操作的對(duì)比

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最后總結(jié)一下：

1、對(duì)于讀取操作來說，volatile可以確保該操作與其后續(xù)的所有讀寫操作都不會(huì)進(jìn)行指令重排序。

2、對(duì)于修改操作來說，valatile可以確保該操作與其上面的所有讀寫操作都不會(huì)進(jìn)行指令重排序。

注意：

在上面的舉例中都是Java的原生數(shù)據(jù)類型

如果是一個(gè)引用類型呢？比如說ArrayList，那對(duì)于volatile的內(nèi)存屏障功效是不起作用的，為啥？因?yàn)锳rrayList中的讀寫操作都不是原子的，比如讀操作，得先找到元素的地址，然后再進(jìn)行讀取，但是?。∪绻麑rrayList的引用賦值給另一個(gè)volatile的ArrayList，這就可以確保原子操作，也就有了volatile相關(guān)的功效了。