文章目录

• • volatile有什么作用？
  • 可见性证明
  • 指令重排证明
  • 不能保证原子性证明
  • Volatile与Synchronized的区别

volatile有什么作用？

1. 保证线程的可见性
2. 禁止指令重排
3. 但是不能保证原子性

可见性证明

有如下静态成员变量num，初始值为0；有两个线程，一个是main主线程，另一个是子线程，让子线程休眠2秒，触发主线程的死循环，2秒后，子线程开始修改值为100，此时主线程的死循环仍未停止，由此可证，线程之间不可见。

在num前加上volatile关键字之后，主线程的死循环立刻停止，由此可知，volatile具有保证内存可见的特性。

指令重排证明

计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令重排，一般分为以下三种：源代码 -> 编译器优化的重排 -> 指令并行的重排 -> 内存系统的重排 -> 最终执行指令

单线程环境里面确保最终执行结果和代码顺序的结果一致

处理器在进行重排序时，必须要考虑指令之间的数据依赖性

多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。

按照正常单线程环境，执行顺序是 1 2 3 4

但是在多线程环境下，可能出现以下的顺序：

2 1 3 4
1 3 2 4
上述的过程就可以当做是指令的重排，即内部执行顺序，和我们的代码顺序不一样

但是指令重排也是有限制的，即不会出现下面的顺序

4 3 2 1
因为处理器在进行重排时候，必须考虑到指令之间的数据依赖性

因为步骤 4：需要依赖于 y的申明，以及x的申明，故因为存在数据依赖，无法首先执行

Volatile实现禁止指令重排优化，从而避免了多线程环境下程序出现乱序执行的现象

首先了解一个概念，内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：

1. 保证特定操作的顺序
2. 保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）

由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令键插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU,不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说，通过插入内存屏障前后的指令执行重排序优化。

内存屏障另外一个作用是刷新出各种CPU的缓存数，因此任何cpu上的线程都能读取到这些数据的最新版本，也就是在Volatile的写和读的时候，加入屏障，防止出现指令重排

工作内存与主内存同步延迟现象导致的可见性问题，可以使用synchronized或volatile关键字解决，它们都可以使得一个线程修改后的变量立即对其他线程可见。

对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题，可以利用volatile关键字解决，因为volatile的另一个作用就是禁止重排序优化。

不能保证原子性证明

看看，对于i++的操作是非原子性的，所以两个线程去++的时候，会出现数据错乱，而且加了volatile关键字也没用。

那么有什么办法能保证递增这样的原子操作呢？原子类，比如AtomicInteger，内部调用本地方法，用cpp实现原子操作。

Volatile与Synchronized的区别

1. Volatile是轻量级的synchronized，因为它不会引起上下文的切换和调度，所以Volatile性能更好。
2. Volatile只能修饰变量，synchronized可以修饰方法，静态方法，代码块。
3. Volatile对任意单个变量的读/写具有原子性，但是类似于i++这种复合操作不具有原子性。而锁的互斥执行的特性可以确保对整个临界区代码执行具有原子性。
4. 多线程访问volatile不会发生阻塞，而synchronized会发生阻塞。
5. volatile是变量在多线程之间的可见性，synchronize是多线程之间访问资源的同步性。