Java關鍵字volatile的理解與使用

概述

Java語言中關鍵字 volatile 被稱作輕量級的 synchronized，與synchronized相比，volatile編碼相對簡單且運行的時的開銷較少，但能夠正確合理的應用好 volatile 並不是那麼的容易，因為它比使用鎖更容易出錯，接下來本文主要介紹 volatile 的使用準則，以及使用過程中需注意的地方。

為何使用volatile？

（1）簡易性：在某些需要同步的場景下使用volatile變數要比使用鎖更加簡單

（2）性能：在某些情況下使用volatile同步機制的性能要優於鎖

（3）volatile操作不會像鎖一樣容易造成阻塞

volatile特性

（1）volatile 變數具有 synchronized 的可見性特性，及如果一個欄位被聲明為volatile，java線程內存模型確保所有的線程看到這個變數的值是一致的

（2）禁止進行指令重排序

（3）不保證原子性

註：

① 重排序：重排序通常是編譯器或運行時環境為了優化程序性能而採取的對指令進行重新排序執行的一種手段

② 原子性：不可中斷的一個或一系列操作

③ 可見性：鎖提供了兩種主要特性：互斥和可見性，互斥即一次只允許一個線程持有某個特定的鎖，因此可使用該特性實現對共享數據的協調訪問協議，這樣，一次就只有一個線程能夠使用該共享數據。可見性要更加複雜一些，它必須確保釋放鎖之前對共享數據做出的更改對於隨後獲得該鎖的另一個線程是可見的。

volatile的實現原理

如果對聲明了volatile的變數進行寫操作，JVM就會向處理器發送一條Lock前綴的指令，該Lock指令會使這個變數所在緩存行的數據回寫到系統內存，根據緩存一致性協議，每個處理器都會通過嗅探在匯流排上傳輸的數據來檢查自己緩存的值是否已過期，當處理器發現自己的緩存行對應的地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設置成無效狀態，在下次訪問相同內存地址時，強制執行緩存行填充。

正確使用volatile的場景

volatile 主要用來解決多線程環境中內存不可見問題。對於一寫多讀，是可以解決變數同步問題，但是如果多寫，就無法解決線程安全問題。如：

1、不適合使用volatile的場景（非原子性操作）

（1）反例

privatestaticvolatileint nextSerialNum = 0;publicstaticlonggenerateSerialNum{ return nextSerialNum++; }

這個方法的目的是要確保每次調用都返回不同的自增值，然而結果並不理想，問題在於增量操作符（++）不是原子操作，實際上它是一個由讀取－修改－寫入操作序列組成的組合操作，如果第二個線程在第一個線程讀取舊值和寫回新值期間讀取這個域，第二個線程與第一個線程就會讀取到同一個值。

（2）正例

其實面對上面的反例場景可以使用JDK1.5 java.util.concurrent.atomic中提供的原子包裝類型來保證原子性操作

privatestatic AtomicInteger nextSerialNum = new AtomicInteger(0);publicstaticlonggenerateSerialNum{ return nextSerialNum.getAndIncrement; }

2、適合使用volatile的場景

在日常工作當中volatile大多被在狀態標誌的場景當中，如：

要通過一個線程來終止另外一個線程的場景

（1）反例

privatestaticboolean stopThread;publicstaticvoidmain(String args)throws InterruptedException { Thread th = new Thread(new Runnable { @Overridepublicvoidrun{ int i = 0; while (!stopThread) { i++; } } }); th.start; TimeUnit.SECONDS.sleep(2); stopThread = true; }

運行后發現該程序根本無法終止循環，原因是，java語言規範並不保證一個線程寫入的值對另外一個線程是可見的，所以即使主線程main函數修改了共享變數stopThread狀態，但是對th線程並不可見，最終導致循環無法終止。

（2）正例

privatestaticvolatileboolean stopThread;publicstaticvoidmain(String args)throws InterruptedException { Thread th = new Thread(new Runnable { @Overridepublicvoidrun{ int i = 0; while (!stopThread) { i++; } } }); th.start; TimeUnit.SECONDS.sleep(2); stopThread = true; }

通過使用關鍵字volatile修飾共享變數stopThread，根據volatile的可見性原則可以保證主線程main函數修改了共享變數stopThread狀態后對線程th來說是立即可見的，所以在兩秒內線程th將停止循環。

總結

本文通過對volatile的特性介紹，以及volatile的實現原理，最後結合volatile的特性舉例說明它在使用過程中應該注意的使用規則，好了，希望本文對您有所幫助！

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