Hi! 我是小小,今天是本周的第六篇,主要内容是关于 volatile 关键字。

前言

volatile 关键字主要是用于指令重排序,常常用于保证内存的可见性和防止指令重排序。

保证内存可见性

内存可见性是指所有线程都能看到共享内存的最新的状态。
例如,在多线程环境中,加上 volatile 关键字以后,每个线程的内存会强制刷新到主内存中,实现每个线程都保证其关键字内存是最新的。

从一个例子说起

举一个失效的代码

public class MutableInteger {
    private int value;
    public int get(){
        return value;
    }
    public void set(int value){
        this.value = value;
    }
}

这份代码,在多线程环境下,是正常运行的,但是在非多线程环境下属于不正常运行的,因为 get 和 set 方法没有添加同步锁,如果线程一调用set方法,那么正在调用的get方法的线程二,可能会看到前值,也可能会看到后值。

解决办法相当的简单,直接加上 volatile 关键字。

private volatile int value;

在上方代码中,加上 volatile 关键字以后,所有副线程的关键字的内存,会强制刷新到主线程中,实现每个线程中的变量关键字都能实时的获取到最新值。相当于给 get 和 set 方法加锁。

关于 volatile 关键字

java变量的读写主要分为以下几个关键字进行变量的读写。
lock 把线程标识为独占状态。
unlock 解除独占状态
read 从主内存传输到工作内存
load 装载进入工作内存
use 把工作内存的值传递给执行引擎
assign 回传工作内存的值
store 把工作内存的值回传给主内存
write 把 store 操作的值回传给主内存中

通过 read load use 三个关键字连续出现,以及,assign,store,write 这三个关键字连续出现,保证原子性。
其控制如下图所示
没想到 | 万万没想到 Java 中最重要的关键字竟然是这个插图

注意:volatile 关键字是一种非锁机制,这种机制可以避免锁引起的上下文的切换

禁止指令重排序

什么是指令重排序

  1. 在虚拟机层面,为了尽可能的减少内存操作速度远远慢于CPU运行速度带来的CPU空置的问题,虚拟机会按照一定的规则把编译后的class文件进行打乱。
  2. 在硬件层面,CPU会把接受到的程序,和一批指令按照一定的规则进行从排序,同样是缓存和CPU速度的问题。

被 volatile 关键字修饰的变量,会在之前添加一个 lock 汇编指令,用于强制防止指令从排序。

如何禁止

通过内存屏障实现,内存屏障分为 写屏障,读屏障,读写屏障。
1. 编译器,在编译器层面,在编译器层面会对指令进行从排序,添加了 volatile 关键字以后会对指令进行从排序,这样可以显示的告知编译器应该避免生成的代码违背预期。
2. 机器相关:在多核机器下,由于程序是多线程运行的,操作系统,直接调用 CPU 所实现的内存屏障,在硬件层面,实现其原子性操作。

关于作者

我是小小,一个生于二线,活在一线城市的程序猿,我是小小,我们下期再见。