Java volatile详解

内存可见性

可见性是一种复杂的属性,因为可见性中的错误总是会违背我们的直觉。在单线程环境中,如果向某个变量先写入值,然后在没有其他写入操作的情况下读取这个变量,那么总能得到相同的值。这看起来很自然。然而,当读操作和写操作在不同的线程中执行时,情况却并非如此,这听起来或许有些难以接受。通常,我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值,有时甚至是根本不可能的事情。为了确保多个线程之间对内存写入操作的可见性,必须使用同步机制。

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public class NoVisibility {
private static boolean ready;
private static int number;

private static class ReaderThread extends Thread {
public void run() {
while (!ready)
Thread.yield();
System.out.println(number);
}
}

public static void main(String[] args) {
new ReaderThread().start();
number = 80;
ready = true;
}
}

NoVisibility可能会持续循环下去,因为读线程可能永远都看不到ready的值。一种更奇怪的现象是,Novisibility可能会输出0,因为读线程可能看到了写入ready的值,但却没有看到之后写入number的值,这种现象被称为“重排序(Reordering)”。只要在某个线程中无法检测到重排序情况(即使在其他线程中可以很明显地看到该线程中的重排序),那么就无法确保线程中的操作将按照程序中指定的顺序来执行。当主线程首先写入number,然后在没有同步的情况下写入ready,那么读线程看到的顺序可能与写入的顺序完全相反。
在没有同步的情况下,编译器、处理器以及运行时等都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。在缺乏足够同步的多线程程序中,要相对内存操作的执行顺序进行判断,几乎无法得出正确的结论。

这看上去似乎是一种失败的设计,但却能使JVM充分地利用现代多核处理器的强大性能。例如,在缺少同步的情况下,Java内存模型允许编译器对操作顺序进行重排序,并将数值缓存在寄存器中。此外,它还允许CPU对操作顺序进行重排序,并将数值缓存在处理器特定的缓存中。

Volatile变量

Java语言提供了一种稍弱的同步机制,即volatile变量,用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。当把变量声明为volatile类型后,编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的,因此不会将该变量上的操作和其他内存操作一起重排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方,因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

volatile与加锁机制的区别:

加锁机制既可以确保可见性又可以确保原子性,而volatile变量只能确保可见性。

当且仅当满足以下所有条件时,才应该使用volatile变量:

  • 对变量的写入操作不依赖变量的当前值,或者你能确保只有单个线程更新变量的值
  • 该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中
  • 在访问变量时不需要加锁

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