并发系列（三）-----volatile

一简介

volatile关键字是轻量级的synchronized，volatile在并发编程中保证共享变量的可见性，当一个线程修改被volatile修饰的共享变量时，另外一个线程就能读到这个修改的值。volatile可以保证共享变量的可见性但不能保证复合操做的原子性：比如像i++这样的操做是volatile是不能保证的。

二 volatile变量的特性

被volatile修饰的变量有两种特性

1.保证此变量对所有线程的可见性，可见性是指当一条线程修改了这个变量的值，新的值对于其它是可以立即的得知的。虽然volatile对变量有可见性的特点，但是volatile并不能保证volatile++这样的操做在并发下是安全的。在深入理解Java虚拟机里面作者从字节码的角度解释了不安全的原因。具体的描述看书就可以了。下面是我的理解，volatile保证的变量读和写（对于不理解volatile的读写的内存语义的下面会讲到）的时候是安全的但是并不能保证对变量的操做是线程安全。什么意思呢，就是在i++的这样的操做JVM不只是从内存（指的是JMM的内存）中获取值和存入值还做了其他的操做，比如iadd，当它执行像iadd这样的操做时其他线程可能将值已经修改了，而此时当前线程是没有执行获取操做的所以在当前线程操作的还是旧值。对比JMM理解会比较容易理解一点。

2.禁止指令重排序关于重排序的问题看上一篇文章JMM。

三 volatile内存语义

1.volatile的读写内存语义

volatile写的内存语义: 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存

volatile读的内存语义: 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量

2.volatile的内存语义的实现

为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。对于编译器来说，发现一个最优布置来最小化插入屏障的总数几乎不可能。为此，JMM采取保守策略。下面是基于保守策略的JMM内存屏障插入策略

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。

如图

上图中的StoreStore屏障可以保证在volatile写之前，其前面的所有普通写操作已经对任意处理器可见了。这是因为StoreStore屏障将保障上面所有的普通写在volatile写之前刷新到主内存。

这里比较有意思的是，volatile写后面的StoreLoad屏障。此屏障的作用是避免volatile写与后面可能有的volatile读/写操作重排序。因为编译器常常无法准确判断在一个volatile写的后面是否需要插入一个StoreLoad屏障（比如，一个volatile写之后方法立即return）。为了保证能正确实现volatile的内存语义，JMM在采取了保守策略：在每个volatile写的后面，或者在每个volatile读的前面插入一个StoreLoad屏障。从整体执行效率的角度考虑，JMM最终选择了在每个volatile写的后面插入一个StoreLoad屏障。因为volatile写-读内存语义的常见使用模式是一个写线程写volatile变量，多个读线程读同一个volatile变量。当读线程的数量大大超过写线程时，选择在volatile写之后插入StoreLoad屏障将带来可观的执行效率的提升。从这里可以看到JMM在实现上的一个特点：首先确保正确性，然后再去追求执行效率。

参考文档：

<< Java并发编程艺术>>方腾飞魏鹏程晓明

<<深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践>>周志明