JUC之volatile

一、简介

volatile是Java语言的关键字,用来修饰可变变量(即该变量不能被final修饰),且必须是至少类内可见。所以它是可以修饰带static的变量。这我自己下定义。

它是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的变量。来自 百度百科

二、功能

volatile提供了一个高效的同步机制,她在某些情况下可以代替synchronized实现更轻量和高效的同步机制,同时也更为脆弱,更难于掌控。被volatile修饰的变量具有内存可见性,但不具有原子性。至于什么是可见性,前面已经做过简单介绍,接下来我们进一步来看什么是可见性。

1. 内存可见性

首先为什么会出现内存可见性问题呢?
想完全理解这个问题,请自行阅读《深入理解计算机系统》吧!这里简单说一下,

每个线程都有它自己的线程上下文,包括栈、栈指针、程序计数器、通用目的寄存器和条件码。所有的运行在一个进程里的共享该进程的整个虚拟地址空间。——来自《深入理解计算机系统》

下面这个说法可能并不严谨,甚至是有误,但对我们理解这个问题有帮忙。
如你所知,所有计算都发生CPU,然而它直接操作主存的效果比较远,不如CPU的缓存区,更远不如寄存器。其次,如上面所有的系统会为每个线程分配自己的线程上下文。在这两个大提前下,可能简化的理解为线程有自己的高速cache,即所有线程操作变量时,都不会直接操作主存。当发生cache miss时,从主存拷贝到cache,这些都是你懂的啦。跟所有的cache一样,都存在一致性的问题。

即是正常情况下什么时候发生cache冲刷回主存并不可控。
不正常情况下,退出临界区时即刻强制更新主存。另一种情况,即我们要讨论的volatile。被volatile修饰的变量比较特殊,表示直接操作主存,不需要通过cache。直接要用时直接从主存取(注意取出来还是会把值放在自己的上下文,这点后面需要用到),用完写直接回主存。这就是内存可见性

2. 可不完全替代synchronized

之前整理synchronized的时候忘了讲synchronized怎么实现同步的,在这里顺便带出来吧。
synchronized是通过临界区实现同步的,临界区的同步方式是同一个时间只有最多一个线程进入临界区,也就是说只能保证原临界区具有原子性。这是什么意思呢,先来看一下面例子吧。


void barfoo() {
    new Thread(() -> {
            for(int v=0; v<100; v++) bar();
        }).start();

        new Thread(() -> {
            for(int v=0; v<100; v++) foo();
        }).start();
    }
}

int v = 0;
void bar() {
    final int t = v + 1;
    v++;
    try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RandomUtils.nextInt(10));
    } catch (InterruptedException e) { }
    if(t != v)System.out.println("not match");
}

synchronized void foo() {
    final int t = v + 1;
    v++;
    try {
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RandomUtils.nextInt(10));
    } catch (InterruptedException e) { }
    if(t != v)System.out.println("not match");
}

执行barfoo()的结果打印了not match
synchronized只是通过线程在离开临界区时会把线程上下文冲刷回主存,从而实现一致性,但对于变量v而言不具备原子性,更无法保证能够一致性。

volatile可部分替代synchronized,也就是说在特定条件或者场景下可以替代synchronized。上面我们提到过volatile具有内存可见性,但不具有原子性,而synchronized实际是上能够实现原子性的。这一点是volatile做不到的,也是这种场景下volatile无法代替synchronized。
这一点就不举例了,主要知道什么是原子性和非原子性即可自行实验了。如:a += b就一个非原子性操作。

三、总结

  1. 简单的了解了volatile的用法;
  2. 进一步了解内存可见性和synchronized实现原理;
  3. volatile与synchronized的差异,以及可代替场景;
  4. volatile通过内存可见性实现同步,即线程A操作了被volatile修饰的变量之后,线程B立马可能读到线程A的修改结果。
    原文作者:JUC
    原文地址: https://blog.csdn.net/zteny/article/details/54888629
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