最近讨论volatile，产生几个问题并且想明白了，我觉得我对volatile有了一个比较深入的了解，所以对这几个场景进行总结。

解析

volatile

  • volatile 是一个类型修饰符，可以修饰变量。

特性

  • 保证不同线程对volatile修饰的变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了这个变量的值对于其他线程来说是立即可见的（可见性）；
  • 禁止进行指令重排序；
  • volatile保证对变量单次读/写的原子性，i++ 这种操作不能保证原子性。

特性对应的几个场景（问题）

可见性和禁止重排序

本来想将可见性和重排序拆开讲的，但是考虑了好久发现能单独体现可见性的例子都不好演示。

了解volatile首先要对java内存模型或者CPU有了解，java内存模型本质是对CPU以及内存的统一抽象。

CPU访问内存速度是不如CPU内部操作的速度，所以为了提高性能引进了CPU缓存也就是常见的L1、L2、L3缓存，这些缓存封装在CPU内部速度比外部缓存更快；每个核心先将主内存中的数据加载到各核心的缓存中，这样每次访问就直接访问这个缓存，写也是先更新核心缓存再更新主缓存，但是就有各个核心缓存与主缓存不一致的问题，这里有MESI协议来保证缓存的一致性。

MESI协议在缓存修改是会通知其它核心去失效，这里就存在写核发送失效响应->其它核心接收响应->其它核心ack，这样的流程需要各个核心进行处理，如果核心当前忙碌就会导致性能上的问题，所以又引入了存储缓存(Store Buffe）和失效队列（Invalidate Queues）。

  • 存储缓存用于提高写性能，写入存储缓存就直接返回；
  • 失效队列用于提高失效端性能，失效请求存入队列立即ack；

通过以上就可以了解到可见性的问题了，写和失效不是直接生效(同步)的。

于是就有了内存屏障，简单来说内存屏障就是清空存储缓存和失效队列，这样就能够使数据及时更新。

可见性场景

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public class Vis{
    private static boolean ready;
    private static int number;
    private static class ReaderThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while(!ready) {
                System.out.println("xxxx");
            }
            System.out.println(number);
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new ReaderThread().start();
        Thread.sleep(20);
        number = 42;   // #1
        ready = true;  // #2
    }
}

可见性在这个例子中只能体现出while有滞后，就是ready改为之后循环还执行了一会。

但是这个很难复现，一般测试的时候你的CPU没有这么忙碌，数据修改能快速更新。所以我认为理解就行！

重排序场景

也以上面那个例子，重排序会优化#1和#2代码的顺序这样就会导致循环中虽然退出来了，但是打印的值却不是42.

重排序还有一个典型的场景：单例模式

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public class One{
    private volatile static One one;

    private One(){
    }

    public static One instance(){
        if(one ==null){
            synchronized(One.class){
                if(one == null){
                    one = new One();
                }
            }
        }
        return one;
    }
}

单例类延迟初始化，并发初始化由于synchronized的存在只会有一条线程new，但是new不是一个原子操作，new包含分配内存空间、初始化、引用赋值。由于重排序的作用会导致先引用赋值再初始化，这样其他就会持有引用进行操作但是实际还未初始化完成。

这里就可以将one变量加上volatile禁止重排序来解决。

原子读写

一般类型的变量有没有volatile其实都能保证原子读写，这里主要是将double和long。

内容是直接复制另外一篇【volatile long/double原子读写原理】。

没有添加volatile

32位Java虚拟机x86处理器下对普通long/double型变量写操作的实现

32位Java虚拟机（JIT编译器）执行（动态编译）的效果见上图，可见写long/double是两次操作，普通long/double型变量的读操作使用2条mov指令实现

添加volatile

32位Java虚拟机x86处理器下对volatile long/double型变量写操作的实现

32位Java虚拟机在x86平台下会使用vmovsd这个原子指令来实现volatile修饰的long/double型变量的读写操作。

参考

【Java 并发笔记】volatile 相关整理