What is volatile?

What is volatile？

一次偶然的机会（java多线程电梯作业寻求多个进程分享变量的方法），接触到了volatile，因此我查阅了相关的材料，对这部分做了一些了解，在这里和大家分享一下。

首先，我们先来聊一聊几个概念

1、What is reorder

编译器和JVM通过改变程序的处理顺序来优化程序，用于提高程序性能的方式。

多线程程序设计中，重排序会导致运行错误。

举个栗子：

class Compare {
    private int x = 0;
    private int y = 0;
    
    public void write() {
        x = 100;
        y = 50;
    }
    
    public boolean compare() {
        return x<y
    }
}
​
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        final Compare com = new Compare();
        new Thread() {
            public void run() {
                com.write();
            }
        }.start();
        new Thread() {
            public void run() {
                com.read();
            }
        }.start();
    }
}

让人吃惊的是，x<y居然真的存在true的情况

原因就在于重排序

编译器的优化策略可能会改变x,y的赋值顺序，导致x<y

显然，我们可以通过synchronized来解决这个问题

2、What is visibility

线程A将某个值写入字段x，线程B读到了这个值

多线程中的可见性问题来源于normal read/write操作是通过缓存在执行的，read到的不一定是最新值，write的也不一定立即对其他线程可见

而synchronized是解决这一问题的有效方法，相信大家也并不陌生，具体用法可以参考我的另一篇博客

其实，volatile也是一种不错的方法

3、What is atomicity

不可分割的操作，例如某线程正在执行synchronized方法，其他线程无法进入该方法，从多线程的角度，这就是原子操作。

Java定义了一些原子操作：primitive type(char、int)的赋值和引用，对象等引用类型的赋值和引用

但是long与double的操作不是原子的,在线程共享时需要放入synchronized

now,进入正题

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Volatile

Make sure that a given variable is read directly from main memory and always written back to main memory when updated

volatile具有同步处理（参考sunchronization）和对long和double的原子操作这两种功能

同步处理

1、如果线程A向volatile字段写入的值对线程B可见，那么之前向其他字段写入的值都是对B可见

2、向volatile字段读取和写入前后不会发生重排序

看到这里，我们发现重排序和可见性的问题好像都被volatile解决了

在这里，我们来看一段代码，深入理解一下同步处理

class TryVolatile {
    private int num = 0;
    private volatile boolean valid = false;
    
    public void write() {
        num = 1;
        valid = true;
        /*
         *1、不会被重排序
         *2、线程B中valid会为true
         *3、线程B可能出现num=1
         */
    }
    
    public void read() {
        if (valid) {
            System.out.println(this.num);
        }
    }
}
​
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        final tryVolatile = new TryVolatile;
        new Thread() {
            public void run() {
                tryVolatile.write();
            }
        }.start();
        new Thread() {
            public void run() {
                tryVolatie.read();
            }
        }.start();
    }
}

总结一下volatile的使用：

1、volatile字段赋值语句位置很重要！！！（可以运行上面的代码观察

2、volatile不会进行线程互斥处理（volatile字段不会进入等待队列

3、访问volatile字段会产生性能开销（参考synchronized

对long和double的原子操作

tip:

java.util.concurrent.atomic包提供了原子操作编程的类，例如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicIntegerArray等，都是通过封装volatile得到的