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标题: volatile关键字解析 [打印本页]

作者: 瑞雪雄起 时间: 2015-9-19 21:51
标题: volatile关键字解析
可见性对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。
在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性” 。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。下面就来具体介绍下happens-before原则（先行发生原则）：程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
使用volatile关键字的场景synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：1）对变量的写操作不依赖于当前值2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。事实上，我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作，才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。
volatile的原理和实现机制观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。
volatile关键字的两层语义一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。2）禁止进行指令重排序。

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