volatile关键字是Java虚拟机提供的的最轻量级的同步机制。它作为一个修饰符,用来修饰变量。它保证变量对所有线程可见性,禁止指令重排,但是不保证原子性。
我们先来一起回忆下java内存模型(jmm):
Java虚拟机规范试图定义一种Java内存模型,来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让Java程序在各种平台上都能达到一致的内存访问效果。
Java内存模型规定所有的变量都是存在主内存当中,每个线程都有自己的工作内存。这里的变量包括实例变量和静态变量,但是不包括局部变量,因为局部变量是线程私有的。
线程的工作内存保存了被该线程使用的变量的主内存副本,线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接操作主内存。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。
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volatile变量,保证新值能立即同步回主内存,以及每次使用前立即从主内存刷新,所以我们说volatile保证了多线程操作变量的可见性。
volatile保证可见性和禁止指令重排,都跟内存屏障有关。我们来看一段volatile使用的demo代码:
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
编译后,对比有volatile关键字和没有volatile关键字时所生成的汇编代码,发现有volatile关键字修饰时,会多出一个lock addl $0x0,(%esp),即多出一个lock前缀指令,lock指令相当于一个内存屏障
lock指令相当于一个内存屏障,它保证以下这几点:
重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置
将本处理器的缓存写入内存
如果是写入动作,会导致其他处理器中对应的缓存无效。
第2点和第3点就是保证volatile保证可见性的体现嘛,第1点就是禁止指令重排的体现。
内存屏障四大分类:(Load 代表读取指令,Store代表写入指令)

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。
有些小伙伴,可能对这个还是有点疑惑,内存屏障这玩意太抽象了。我们照着代码看下吧:

内存屏障保证前面的指令先执行,所以这就保证了禁止了指令重排啦,同时内存屏障保证缓存写入内存和其他处理器缓存失效,这也就保证了可见性