前言

最近在看并發(fā)編程藝術這本書，對看書的一些筆記及個人工作中的總結(jié)。

volatile是輕量級的synchronized，它在多處理器開發(fā)中保證了共享變量的“可見性”.可見性指的是當一個線程修改一個共享變量時，另外一個線程讀到這個修改的值。如果volatile關鍵字使用恰當?shù)脑挘萻ynchronized的使用和執(zhí)行成本更低，因為其不會引起線程上下文的切換和調(diào)度。

看一個demo：

public class VolatileTest extends Thread{
    //volatile
    private volatile boolean isRunning = true;
    //private boolean isRunning = true;
    private void setRunning(boolean isRunning){
        this.isRunning = isRunning;
    }

    public void run(){
        System.out.println("進入run方法..");
        int i = 0;
        while(isRunning == true){
            //..
        }
        System.out.println("線程停止");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileTest rt = new VolatileTest();
        rt.start();
        Thread.sleep(3000);
        rt.setRunning(false);
        System.out.println("isRunning的值已經(jīng)被設置了false");
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(rt.isRunning);
    }
}

volatile boolean isRunning = true;  //isRunning是volatile修飾的變量

轉(zhuǎn)變成匯編語言：

0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi);0x01a3de24: **lock** addl $0x0,(%esp);

lock指令在多核處理器下會引發(fā)了二件事情：

• 將當前處理器緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存
• 這個寫回內(nèi)存的操作會使在其他cpu里緩存了該內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)無效。
  為了提高處理速度，處理器不直接和內(nèi)存進行通信，而是將系統(tǒng)內(nèi)存讀到內(nèi)部緩存（l1，l2或其他）后進行操作，但操作完不知道何時會寫到內(nèi)存。如果對聲明了volatile的變量進行寫操作，jvm就會向處理器發(fā)送一條lock前綴的指令，將這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存。但是就算寫到了內(nèi)存，如果其他處理器緩存還是舊的，再執(zhí)行計算操作就會有問題。所以，在多處理器下，為了保證各個處理器的緩存時一致的，就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，每個處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了，當處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對應的內(nèi)存地址被修改了，就會將當前處理器的緩存行地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設置成無效狀態(tài)，當處理器對著數(shù)據(jù)進行修改操作的時候，會重新從系統(tǒng)內(nèi)存中把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里。

volatile的特性

只要它是volatile變量，對該變量的讀/寫就具有原子性。如果是多個volatile操作或類似于volatile++這種復合操作，這些操作整體上不具有原子性。
簡而言之，volatile變量自身具有下列特性。

• 可見性。對一個volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對這個volatile變量最后的寫入。
• 原子性：對任意單個volatile變量的讀/寫具有原子性，但類似于volatile++這種復合操作不具有原子性。

看個demo：

public class VolatileTest2 extends Thread{

    private static volatile int count;
    private static void addCount(){
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            count++ ;
        }
        System.out.println(count);  //85821，如果是具有原子性的，那么打印出來的應該是100000
    }

    public void run(){
        addCount();
    }

    public static void main(String[] args) {

        VolatileTest2[] arr = new VolatileTest2[100];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i] = new VolatileTest2();
        }

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            arr[i].start();
        }
    }
}

結(jié)果：

14024
19308
31530
33912
44302
52539
62539
78652
79881
85821

當每個線程循環(huán)1000次的時候，打印出來的結(jié)果大多情況下是10000，說明volatile++的時候在次數(shù)比較少的時候還是具有原子特性的。
如果想要是的類型++具有原子特性可以使用并發(fā)包下提供的AtomicInteger類。

volatile的內(nèi)存語義

volatile讀的內(nèi)存語義如下：
當讀一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的本地內(nèi)存置為無效。線程接下來將從主內(nèi)存中讀取共享變量。

下面對volatile寫和volatile讀的內(nèi)存語義做個總結(jié)。

• 線程A寫一個volatile變量，實質(zhì)上是線程A向接下來將要讀這個volatile變量的某個線程發(fā)出了（其對共享變量所做修改的）消息。
• 線程B讀一個volatile變量，實質(zhì)上是線程B接收了之前某個線程發(fā)出的（在寫這個volatile變量之前對共享變量所做修改的）消息。
• 線程A寫一個volatile變量，隨后線程B讀這個volatile變量，這個過程實質(zhì)上是線程A通過主內(nèi)存向線程B發(fā)送消息。

volatile的內(nèi)存語義實現(xiàn)

• 當?shù)诙€操作是volatile寫時，不管第一個操作是什么，都不能重排序。這個規(guī)則確保volatile寫之前的操作不會被編譯器重排序到volatile寫之后。
• 當?shù)谝粋€操作是volatile讀時，不管第二個操作是什么，都不能重排序。這個規(guī)則確保volatile讀之后的操作不會被編譯器重排序到volatile讀之前。
• 當?shù)谝粋€操作是volatile寫，第二個操作是volatile讀時，不能重排序。

為了實現(xiàn)volatile的內(nèi)存語義，編譯器在生成字節(jié)碼時，會在指令序列中插入內(nèi)存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。對于編譯器來說，發(fā)現(xiàn)一個最優(yōu)布置來最小化插入屏障的總數(shù)幾乎不可能。為此，JMM采取保守策略。下面是基于保守策略的JMM內(nèi)存屏障插入策略。

• 在每個volatile寫操作的前面插入一個StoreStore屏障。
• 在每個volatile寫操作的后面插入一個StoreLoad屏障。
• 在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadLoad屏障。
• 在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadStore屏障。

由于volatile僅僅保證對單個volatile變量的讀/寫具有原子性，而鎖的互斥執(zhí)行的特性可以確保對整個臨界區(qū)代碼的執(zhí)行具有原子性。在功能上，鎖比volatile更強大；在可伸縮性和執(zhí)行性能上，volatile更有優(yōu)勢。

其實在執(zhí)行volatile讀寫的時候會插入不同的內(nèi)存屏障，不同的處理器比如說32位處理器和x86處理器的屏障也不一樣，增加了內(nèi)存屏障導致單個volatile讀寫具有原子性。

注：

JMM是指java內(nèi)存模型