Volatile 是用来标记一个 Java 变量存储在主内存(main memory)中,确切的说:每次写操作volatile变量时,将直接从电脑的主内存(main memory)中读取操作而不是从CPU Cache。
概述
可见性: 是指线程之间数据可见共享,一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。比如:用volatile修饰的变量,就会确保变量在修改时,其它线程是可见的。。
在 多线程 中,对非volatile变量进行操作的时候,出于对性能的考虑,当对这些变量进行数据操作时, 线程可能会从主内存里拷贝变量到CPU Cache中去。 多核CPU环境中,多个线程分别在不同的CPU中运行,就意味着, 多个线程都有可能将变量拷贝到当前运行的CPU Cache里。
如下图所示(多线程数据模型):
示例 – 非Volatile
结果表明,UPDATE线程虽修改数据,但是READER线程并未监听到数据的变动,当前线程操作的是当前CPU Cache里的数据,而不是从main memory获取的。
couner 的变量未使用volatile关键字修饰,即JVM无法保证有效的将CPU Cache的内容写入 主存 中。意味着 counter 变量在CPU Cache中的值可能会与主存中的值不一样。
如下图所示(无Volatile):
示例 – Volatile
结果表明,volatile修饰后的变量并不会达到 Lock 的效果,它只会保证线程可见性,但不保证原子性,在读取volatile变量和写入它的新值时,由于操作耗时较短,就会产生 竞争条件:多个线程可能会读取到volatile变量的相同值,然后产生新值并写入主内存,这样将会覆盖互相的值。 (有兴趣的可以在创建一个UPDATE线程测试效果)
如下图所示(Volatile):
Happens-Before 原则
从Java5之后volatile关键字不仅能用于保证变量从主存中进行读写操作,同时还遵循Happens-Before原则,下文将会描述存在于volatile中的一些细节,想深入的可以自行谷歌 happens-before relationship或者访问提供的几个链接
参考文献(1):
参考文献(2):
参考文献(3):
如果T1线程写入了一个volatile变量然后T2线程读取该变量,那么T1线程写之前对其可见的所有变量,T2线程读取该volatile之后也会对其可见。
禁止JVM指令重排优化,一旦被volatile修饰的变量,赋值后多执行了一个load addl $0x0, (%esp)操作,相当于多了一个内存屏障(指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置),单核CPU访问内存时,并不需要内存屏障;
看看下面这个示例:
被volatile修饰过的变量 init在写操作之前,创建了非volatile变量的obj,因而T1线程在写入init后,会将obj也写入主内存中去。
由于T2线程启动的时候读取被volatile修饰过的init,因而变量 init 和变量 obj 都会被写入T2线程所使用的CPU缓存中去。当T2线程读取 obj 变量时,它将能看见被T1线程写入的东西。
总结适用场景
线程可见,状态量标记
屏障前后一致性,禁止指令重排
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