volatile介绍
概述
前面两篇文章聊了下MESI协议和java内存模型，但是都是介绍原理，没有介绍在语言级别到底是如何保证的线程安全，从本文开始就开始介绍java语言中常用的关键字和锁。本文先介绍一下volatile，这个关键字面试的时候很喜欢考察，其实面试并不是为了考察volatile的用法，而是为了考察java内存模型。
volatile作用
volatile使用方法是用来修饰公共变量，保证变量在多线程环境中保证可见性和有序性，在有些特别的条件下可以保证原子性，比如大家都知道基本数据类型除了long/double等特殊的数据类型外，赋值操作都是原子操作，但是如果long/double类型的变量前面加上volatile修饰，赋值操作也是原子的。可能有些朋友说volatile不是不能保证原子性吗，但是其实在特定的条件下是可以保证原子性的，实现方式就是通过内存屏障。下面就介绍一下可见性、有序性的实现原理。
可见性和有序性实现原理
public volatile boolean flag = false;
//线程1执行
public void setFlag(){
//release屏障
flag = true;
//store屏障
}
//线程2执行
public void run(){
//load屏障
while (flag){
//acquire屏障
}
}
看到上面的各种屏障是不是有点蒙，这里说明一下。之前介绍过如下四种屏障
- LoadLoad
- LoadStore
- StoreStore
- StoreLoad
其实release就相当于StoreStore和LoadStore。acquire就相当于LoadLoad和LoadStore。至于上面几个屏障的意思，就不过多介绍，上面文章中有介绍。acquire屏障和release屏障就是实现volatile有序性的，防止指令重排。
下面介绍一下store屏障，load屏障。这两个屏障具体在硬件中的指令是什么我也不清楚，明白作用就可以了。
- load屏障：每次读取变量之前都执行refresh操作，重新从主内存读取最新的结果
- store屏障：每次更新完变量都要执行flush操作，将变量的值写回主内存，当然会通知别的CPU让他们的缓存失效
这两个屏障的作用就是实现volatile可见性。
补充：
下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：
“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”
lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障，内存屏障会提供3个功能：
- 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
- 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
- 如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。
volatile常见应用场景
volatile的应用要遵循下面两条原则
- 对变量的写操作不依赖于当前值。
- 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。
第一条很好理解，就是类似于i++这种，i即便被volatile修饰了，也没有用，无法保证原子性。
第二条是什么意思呢？没有包含在不变式中，如下代码
volatile int a = 0; public void set(int value){ if(value > a){ } }
value > a就是一个不变式，在这种场景下使用volatile也是不合适的,只要无法保证被volatile修饰的关键字原子性的操作都是不合适的。
应用场景一：状态标志
volatile boolean shutdownRequested;
...
public void shutdown() { shutdownRequested = true; }
public void doWork() {
while (!shutdownRequested) {
// do stuff
}
}
假设doWork()是一个线程在执行，而另一个线程会执行shutdown()，这就相当于两个线程之间实现了交互，用第二个线程可以控制第一个线程的执行。
应用场景二：单例模式
public class Singleton {
private Singleton() { }
private volatile static Singleton instance;
public Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance==null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
总结
本文介绍了volatile实现有序性、可见性的原理，并且介绍了对于有些特殊的场景，volatile可以保证原子性，之后介绍了volatile一些常用的场景，上面屏障的部分说的有些混乱，没有仔细研究书籍，主要是参考网上的博客，说的很混乱，最近比较忙，等有时间好好翻翻书看看内存屏障这块。
参考：
