volatile关键字详解

volatile的作用

        volatile是一个轻量级的synchronized，一般作用于变量，在多线程开发中保证了内存的可见性。相比于synchronized关键字，volatile关键字的执行成本更低，效率更高。

 volatile的特性

多线程三大特性：原子性、可见性、有序性；

• 原子性: 是指一个操作是不可中断的。即使是多个线程一起执行的时候,一个操作一旦开始,就不会被其他线程干扰。
• 可见性: 是指当一个线程修改了某一个共享变量的值,其他线程是否能够立即知道这个修改。显然,对于串行来说,可见性问题是不存在的。
• 有序性: 在并发时,程序的执行可能会出现乱序，给人的直观感觉就是写在前面的代码,会在后面执行，究其原因是指令重排导致的。

volatile具有三大特性：

1.可见性

        volatile可以保证不同线程对共享变量进行操作时的可见性，即当一个线程修改了共享变量时，另一个线程可以读取到共享变量被修改后的值。

        导致内存不可见的主要原因就是Java内存模型中的本地内存和主内存之间的值不一致所导致，例如线程A访问自己本地内存A的X值时，但此时主内存的X值已经被线程B所修改，所以线程A所访问到的值是一个脏数据。
        volatile可以保证内存可见性的关键是volatile的读/写实现了缓存一致性，缓存一致性的主要内容为:

        每个处理器会通过嗅探总线上的数据来查看自己的数据是否过期，一旦处理器发现自己缓存对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存设为无效状态。此时，如果处理器需要获取这个数据需重新从主内存将其读取到本地内存。·当处理器写数据时，如果发现操作的是共享变量，会通知其他处理器将该变量的缓存设为无效状态。

那缓存一致性是如何实现的呢?可以发现通过volatile修饰的变量，生成汇编指令时会比普通的变量多出一个Lock 指令，这个Lock指令就是volatile关键字可以保证内存可见性的关键，它主要有两个作用:
1.将当前处理器缓存的数据刷新到主内存。
2.刷新到主内存时会使得其他处理器缓存的该内存地址的数据无效。

2.有序性

        volatile通过禁止指令重排来保证代码的执行顺序。

        为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时会通过插入内存屏障来禁止指令重排序。
        内存屏障:内存屏障是一种CPU指令，它的作用是对该指令前和指令后的一些操作产生一定的约束，保证一些操作按顺序执行。

3.不能保证原子性

class VolatoleAtomicityDemo {
    public volatile static int inc = 0;
 
    public void increase() {
        inc++;
    }
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        VolatoleAtomicityDemo volatoleAtomicityDemo = new
                VolatoleAtomicityDemo();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            threadPool.execute(() -> {
                for (int j = 0; j < 500; j++) {
                    volatoleAtomicityDemo.increase();
                }
            });
        }
        // 等待1.5秒，保证上⾯程序执⾏完成
        Thread.sleep(1500);
        System.out.println(inc);
        threadPool.shutdown();
    }
}