01 Volatile

Java面試熱門內(nèi)容精講之——并發(fā)編程volatile
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###1.volatile關(guān)鍵字概覽
    多線程下變量訪問的不可見性
    變量不可見性內(nèi)存語義
        JMM（Java Memory Model）java內(nèi)部模型
        所有共享變量存儲在主內(nèi)存中，變量指的是實例變量和類變量，不包含局部變量，因為局部變量是線程私有的
        每一個線程存在自己的工作內(nèi)存，線程的工作內(nèi)存保留了線程使用的共享變量副本； 
        線程對變量的所有操作（讀，?。┒急仨氃诠ぷ鲀?nèi)存中完成，而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量
        不同線程之間也不能直接訪問對方工作內(nèi)存中的變量，線程間變量的值的傳遞需要通過主內(nèi)存中轉(zhuǎn)來完成
    變量不可見性的解決方案：
        如何在多線程下訪問共享變量的可見性，也就是實現(xiàn)一個線程修改變量后，對其他線程可見？
        1.加鎖 synchronized關(guān)鍵字
            某個線程進(jìn)入synchronized代碼塊前后，執(zhí)行過程：線程獲得鎖；清空工作內(nèi)存；從主內(nèi)存拷貝共享變量最新的值到工作內(nèi)存成為副本；執(zhí)行代碼；將修改后的副本的值刷新回主內(nèi)存中；線程釋放鎖
        2.volatile關(guān)鍵字
            volatile保證不同線程對共享變量操作的可見性，也就是說一個線程修改了volatile修飾的變量，當(dāng)修改寫回主內(nèi)存時，另外一個線程立即看到最新的值
###2.volatile的其他特性
    volatile可以實現(xiàn)并發(fā)下共享變量的可見性
    volatile不能保證原子性操作：
        原子性是指一次操作或者多次操作，要么所有的操作全部得到執(zhí)行，要么所有的操作都不執(zhí)行
        count++操作不是原子性操作：1.從主內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)到工作內(nèi)存；2.對工作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行++操作；3.將工作內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫回到主內(nèi)存
        在多線程環(huán)境下volatile修飾的變量也是線程不安全的，要保證數(shù)據(jù)的安全性，我們還需要使用鎖機制
        解決：1.使用加鎖機制保障volatile修飾變量的原子性操作；2.原子類：AtomicInteger
    volatile可以防止指令重排序操作:
        為了提高性能，編譯器和處理器常常會對既定的代碼執(zhí)行順序進(jìn)行指令重排序；重排序的好處：可以提高處理的速度
###3.volatile內(nèi)存語義
    happens-before規(guī)則：
        如果一個操作執(zhí)行的結(jié)果需要對另一個操作可見，那么這兩個操作之間必須存在happens-before關(guān)系
        1.同一個線程中前面的所有寫操作對后面的操作可見
        2.鎖規(guī)則： 對一個鎖的解鎖，happens-before于隨后對這個鎖的加鎖
        3.volatile變量規(guī)則；4.傳遞性；5.start()規(guī)則；6.join()規(guī)則
    volatile寫讀建立的happens-before規(guī)則：如果線程1寫入了volatile變量v(臨界資源)，接著線程2讀取了v，那么線程1寫入v及之前的寫操作都對線程2可見（線程1和線程2可以是同一個線程）
    volatile重排序規(guī)則小結(jié)：寫volatile變量時，無論前一個操作是什么，都不能重排序；讀volatile變量時，無論后一個操作是什么，都不能重排序；當(dāng)先寫volatile變量，后讀volatile變量時，不能重排序;
###4.volatile高頻面試與總結(jié)
    long和double原子性：在32位系統(tǒng)環(huán)境無法一次讀取long類型數(shù)據(jù)，多線程環(huán)境下對long變量的讀寫是不完整的 
    volatile在雙重檢查加鎖的單例中的應(yīng)用：
        單例模式：
            餓漢式單例：在獲取單例對象之前對象已經(jīng)創(chuàng)建完成了
                1.靜態(tài)變量：構(gòu)造器私有，定義一個靜態(tài)變量保存一個唯一的實例對象，提供一個方法返回單例對象； 2.靜態(tài)代碼塊
            懶漢式單例：在真正需要單例的時候才創(chuàng)建出該對象
                線程不安全的
                線程安全的：為獲取單例的方法加鎖，用synchronized，但是性能差
                volatile雙重檢查模式：
                    對象創(chuàng)建的步驟：a.分配內(nèi)存空間；b.調(diào)用構(gòu)造器，初始化實例；c.返回地址給引用; 底層可能進(jìn)行對象創(chuàng)建的重排序操作
                    靜態(tài)變量為什么要加volatile關(guān)鍵字？禁止指令重排序；保證可見性
                靜態(tài)內(nèi)部類單例
    volatile的使用場景：適合純賦值的操作；
                觸發(fā)器：可以作為刷新之前變量的觸發(fā)器，其他線程一旦發(fā)現(xiàn)該變量修改的值后，觸發(fā)獲取到的該變量之前的操作都將是最新的且可見
    votatile和synchronized
        區(qū)別：volatile只能修飾實例變量和類變量，而synchronized可以修飾方法，以及代碼塊
              volatile保證數(shù)據(jù)的可見性，但是不保證原子性（多線程進(jìn)行寫操作，不保證線程安全）；而synchronized是一種排他（互斥）的機制
              volatile用于禁止指令重排序，可以解決單例雙重檢查對象初始化代碼執(zhí)行亂序問題
              volatile可以看成是輕量版的synchronized，volatile不保證原子性，但是如果是對一個共享變量進(jìn)行多個線程的賦值，而沒有其他的操作，那么就可以用volatile來代替synchronized，因為賦值本身是有原子性的，而volatile又保證了可見性，所有就可以保證線程安全了