多线程（十）volatile关键字的作用（变量可见性、禁止重排序）

Java 语言提供了一种稍弱的同步机制，即 volatile 变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile 变量具备两种特性，volatile 变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取 volatile 类型的变量时总会返回最新写入的值。

 

1、变量可见性

其一是保证该变量对所有线程可见，这里的可见性指的是当一个线程修改了变量的值，那么新的值对于其他线程是可以立即获取的。

 

2、禁止重排序

volatile 禁止了指令重排。

 

3、比 sychronized 更轻量级的同步锁

在访问 volatile 变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此 volatile 变量是一种比 sychronized 关键字更轻量级的同步机制。volatile 适合这种场景：一个变量被多个线程共享，线程直接给这个变量赋值。

当对非 volatile 变量进行读写的时候，每个线程先从内存拷贝变量到 CPU 缓存中。如果计算机有多个 CPU，每个线程可能在不同的 CPU 上被处理，这意味着每个线程可以拷贝到不同的 CPU cache 中，而声明变量是 volatile 的，JVM 保证了每次读变量都从内存中读，跳过 CPU cache这一步。

 

4、适用场景

值得说明的是对 volatile 变量的单次读/写操作可以保证原子性的，如 long 和 double 类型变量，但是并不能保证 i++这种操作的原子性，因为本质上 i++是读、写两次操作。在某些场景下可以代替 Synchronized。但是,volatile 的不能完全取代 Synchronized 的位置，只有在一些特殊的场景下，才能适用 volatile。总的来说，必须同时满足下面两个条件才能保证在并发环境的线程安全：

1. 对变量的写操作不依赖于当前值（比如 i++），或者说是单纯的变量赋值（boolean flag = true），这样 底层硬件 可以保证获取和修改的原子性，test_and_set。
2. 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中，也就是说，不同的 volatile 变量之间，不能互相依赖。只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile。

 

happens-before八大原则：

1. 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生在书写后面的操作
2. 锁定规则：一个 unlock 操作先行发生于后面对同一个锁的 lock 操作；
3. volatile规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作；
4. 传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C；
5. 线程启动规则：Thread对象的 start() 方法先行发生于此线程的每一个动作；
6. 线程中断规则：对线程 interrupt() 方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件发生；
7. 线程终结规则：线程中的所有操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过 Thread.jion() 方法结束、Thread.isAlive() 的返回值手段检测到线程已经终止执行；
8. 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行于发生它的 finalize() 方法；

 

对于程序次序规则来说，我的理解就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意，虽然这条规则中提到“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”，这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的，因为虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序，但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果一致的，它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此，在单个线程（针对在一个线程的时候的规则）中，程序执行看起来是有序执行的，这一点要注意理解。事实上，这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性；

 

如果两个操作不满足上述任意一个 happens-before 规则，那么这两个操作就没有顺序的保障，JVM可以对这两个操作进行重排序；如果对操作 A happens-before 操作B，那么操作A在内存上做的的操作对操作B都是可见的；