Java Volatile 详解

桃扇骨 2024-04-19 08:23 65阅读 0赞

# Java Volatile 详解 #

> Volatile：是java虚拟机提供的轻量级的同步机制。保证可见性、禁止指令重排序。`不保证原子性！！！`

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学习Volatile之前必须了解JAVA内存模型。

Java内存模型(Java Memory Model，JMM)本身是一种抽象的概念并不真实存在，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，表态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。

**JMM关于同步的规定：**

1.  线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存
2.  线程加锁前，必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
3.  加锁解锁是同一把锁

由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建一个工作内存（有些地方称为栈空间），工作内存是每个线程的私有数据区域，而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享区域，所有线程都可以访问，`但是线程对变量的操作（读取赋值等）必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存拷贝到自己工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回到主内存`，不能直接操作主内存中的变量，各个线程中的工作内存存储着主内存中的变量副本，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信（传值）必须通过主内存来完成，如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNzM5Nzk1ODY_size_16_color_FFFFFF_t_70]

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## Volatile可见性 ##

*  当变量没有被Volatile修饰时：

class DataNum { 
        int num = 0;
    
        public void addNum() { 
            num = 60;
        }
    }
    
    public class AnnotationTest { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            seeByVolatile();
        }
    
        private static void seeByVolatile() { 
            DataNum dataNum = new DataNum();
            new Thread(() -> { 
                System.out.println("线程开始");
                try { 
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
                dataNum.num = 60;
                System.out.println("线程修改结束" + dataNum.num);
            }).start();
    
            while (dataNum.num == 0) { 
                //如果在里面使用dataNum.num那么有没有volatile都一样，因为使用前它要去主内存同步值。循环判断条件只会同步一次，所以没有volatile它不会及时同步
                //System.out.println("这是主线程："+dataNum.num);
    
    			//如果下面有其它任何逻辑代码，使用前它要去主内存同步值。
            }
    
            System.out.println("程序已经结束");
        }
    }

运行结果：因为没有volatile修饰所以循环一直无法退出，出现死循环。  
while循环里没有任何语句，如果有任何语句的话加没加volatile都一样，这里涉及到内存屏障问题。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNzM5Nzk1ODY_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

*  当变量被Volatile修饰时：

class DataNum{ 
        volatile int num = 0;
        public void addNum (){ 
            num = 60;
        }
    }

其它代码不变！！！  
运行结果：程序运行三秒后结束。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2gyNzM5Nzk1ODY_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## Volatile不保证原子性 ##

class DataNum { 
        volatile int num = 0;
    
        public void addPlus() { 
            num++;
        }
    }
    
    public class AnnotationTest { 
    
        public static void main(String[] args) { 
    
            DataNum dataNum = new DataNum();
    
            for (int i = 0; i < 20; i++) { 
                new Thread(() -> { 
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) { 
                        dataNum.addPlus();
                    }
                }).start();
            }
    
            //当所有线程结束进可以直接输出，Thread.activeCount()除了Main线程外还会有一个Monitor Ctrl-Break守护线程，所以是2
            while (Thread.activeCount() > 2) { 
                Thread.yield();
            }
            System.out.println("finally number value:" + dataNum.num);
    
        }
    }

运行结果：每次都不会到20000。

# Java Volatile 详解 #

内存屏障（Memory Barrier，或有时叫做内存栅栏，Memory Fence）是一种CPU指令，用于控制特定条件下的重排序和内存可见性问题。Java编译器也会根据内存屏障的规则禁止重排序。

*  **LoadLoad屏障**对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
 *  **StoreStore屏障**对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
 *  **LoadStore屏障**对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
 *  **StoreLoad屏障**对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。 在大多数处理器的实现中，这个屏障是个万能屏障，兼具其它三种内存屏障的功能。

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