Java 開發(fā)實戰(zhàn)—一起來認(rèn)識volatile機制
現(xiàn)如今，我們處于一個新興技術(shù)高速發(fā)展的時代，各個產(chǎn)業(yè)對于開發(fā)人員的需求更多、更高。因此，無論是在入門階段還是進階階段都需要學(xué)習(xí)大量的專業(yè)知識，不斷提高對Java的認(rèn)識是必要的。
不論是求職面試還是項目實際開發(fā)，volatile都是一個需要掌握的知識點，今天，我們就一起來認(rèn)識volatile機制，從實戰(zhàn)中精進我們的能力吧。
何為Volatile?為什么要用Volatile?
java是面向?qū)ο蟮母呒壘幊陶Z言，Java 語言包含兩種內(nèi)在的同步機制：同步塊(或方法)和 volatile 變量，volatile是Java提供的一種輕量級的同步機制。
在Java多線程的開發(fā)中有三種特性：原子性、可見性、有序性，使用volatile不會引起線程上下文的切換和調(diào)度，可以保證內(nèi)存可見性和防止指令重排序。
基本用法
在Java語言里，volatile關(guān)鍵字是用來修飾變量的，方式如下入所示。表示：該變量需要直接存儲到主內(nèi)存中。
- public class SharedClass {
- public volatile int counter = 0;
- }
被volatile關(guān)鍵字修飾的 int counter 變量會直接存儲到主內(nèi)存中。并且所有關(guān)于該變量的讀操作，都會直接從主內(nèi)存中讀取，而不是直接從CPU緩存。
理解 volatile 關(guān)鍵字
對于初學(xué)者來說，volatile只是簡單的了解，只知道volatile作用就是“保證可見性”、“禁止指令重排序”，但是仍然存在一些誤區(qū)。
| 變量可見性問題(Variable Visibility Problem) : volatile可以保證變量變化在多線程間的可見性。 |
一個多線程應(yīng)用中，出于計算性能的考慮，每個線程默認(rèn)是從主內(nèi)存將該變量拷貝到線程所在CPU的緩存中，然后進行讀寫操作的。現(xiàn)在電腦基本都是多核CPU，不同的線程可能運行的不同的核上，而每個核都會有自己的緩存空間。
volatile的出現(xiàn)，就是為了解決線程間不可見性，通過 volatile 修飾的變量，都會變得線程間可見。
解決多線程不可見的方式就是：
- 通過 volatile 修飾的變量，所有關(guān)于該變量的讀操作，都會直接從主內(nèi)存中讀取，而不是 CPU 自己的緩存。而所有該變量的寫操都會寫到主內(nèi)存上。
- 因為主內(nèi)存是所有 CPU 共享的，理所當(dāng)然即使是不同 CPU 上的線程也能看到其他線程對該變量的修改了。volatile不僅僅只保證 volatile變量的可見性，volatile 在可見性上所做的工作，實際上比保證 volatile 變量的可見性更多。
特性及原理
(1) 可見性
任意一個線程修改了 volatile 修飾的變量，其他線程可以馬上識別到最新值。實現(xiàn)可見性的原理如下。
- 步驟 1：修改本地內(nèi)存，強制刷回主內(nèi)存。
- 步驟 2：強制讓其他線程的工作內(nèi)存失效過期。(此部分更多的屬于MESI協(xié)議)
(2) 互斥性
同一時刻只允許一個線程操作 volatile 變量，volatile 修飾的變量在不加鎖的場景下也能實現(xiàn)有鎖的效果，類似于互斥鎖。上面的 VolatileFeaturesA.java 和下面的 VolatileFeaturesB.java 兩個類實現(xiàn)的功能是一樣的(除了 getAndAdd 方法)。
(3) 部分有序性
JVM 是使用內(nèi)存屏障來禁止指令重排，從而達到部分有序性效果，了解到內(nèi)存屏障類型，我們就可以解決那些因重排序引起的有序性問題。
什么是內(nèi)存屏障呢?內(nèi)存屏障其實就是一個CPU指令，在硬件層面上來說可以扥為兩種：Load Barrier 和 Store Barrier即讀屏障和寫屏障。主要有兩個作用：
- 阻止屏障兩側(cè)的指令重排序;
- 強制把寫緩沖區(qū)/高速緩存中的臟數(shù)據(jù)等寫回主內(nèi)存，讓緩存中相應(yīng)的數(shù)據(jù)失效。
在JVM層面上來說作用與上面的一樣，但是種類可以分為四種：
實現(xiàn)有序性的原理：
如果屬性使用了 volatile 修飾，在編譯的時候會在該屬性的前或后插入內(nèi)存屏障來禁止指令重排。
首先一個變量被volatile關(guān)鍵字修飾之后有兩個作用：
- 對于寫操作：對變量更改完之后，要立刻寫回到主存中。
- 對于讀操作：對變量讀取的時候，要從主存中讀，而不是緩存。
