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Java並發——volatile的原理
volatile關鍵字就是Java中提供的另一種解決可見性和有序性問題的方案。對於原子性，需要強調一點，也是大家容易誤解的一點：對volatile變量的單次讀/寫操作可以保證原子性的，如long和double類型變量，但是並不能保證i++這種操作的原子性，因為本質上i++是讀、寫兩次操作。
1 volatile的原理
1.1 可見性
在前文中已經提及過，線程本身並不直接與主內存進行數據的交互，而是通過線程的工作內存來完成相應的操作。這也是導致線程間數據不可見的本質原因。因此要實現volatile變量的可見性，直接從這方麵入手即可。對volatile變量的寫操作與普通變量的主要區別有兩點：
- 修改volatile變量時會強製將修改後的值刷新的主內存中
- 修改volatile變量後會導致其他線程工作內存中對應的變量值失效。因此，再讀取該變量值的時候就需要重新從讀取主內存中的值。
通過這兩個操作，就可以解決volatile變量的可見性問題。
1.2 原子性
volatile隻能保證對單次讀/寫的原子性。因為long和double兩種數據類型的操作可分為高32位和低32位兩部分，因此普通的long或double類型讀/寫可能不是原子的。因此，鼓勵大家將共享的long和double變量設置為volatile類型，這樣能保證任何情況下對long和double的單次讀/寫操作都具有原子性。
1.3 順序性
在解釋這個問題前，我們先來了解一下Java中的happen-before規則：如果a happen-before b，則a所做的任何操作對b是可見的。
JSR 133中定義的happen-before規則有：
- 同一個線程中的，前麵的操作 happen-before 後續的操作。（即單線程內按代碼順序執行。但是，在不影響在單線程環境執行結果的前提下，編譯器和處理器可以進行重排序，這是合法的。換句話說，這一是規則無法保證編譯重排和指令重排）
- 監視器上的解鎖操作 happen-before 其後續的加鎖操作。（Synchronized 規則）
- 對volatile變量的寫操作 happen-before 後續的讀操作。（volatile 規則）
- 線程的start() 方法 happen-before 該線程所有的後續操作。（線程啟動規則）
- 線程所有的操作 happen-before 其他線程在該線程上調用 join 返回成功後的操作
- 如果 a happen-before b，b happen-before c，則a happen-before c（傳遞性）
1.4 內存屏障
為了實現volatile可見性和happen-befor的語義。JVM底層是通過一個叫做“內存屏障”的東西來完成。內存屏障，也叫做內存柵欄，是一組處理器指令，用於實現對內存操作的順序限製。下麵是完成上述規則所要求的內存屏障：
- LoadLoad 屏障
執行順序：Load1—>Loadload—>Load2
確保Load2及後續Load指令加載數據之前能訪問到Load1加載的數據。
- StoreStore 屏障
執行順序：Store1—>StoreStore—>Store2
確保Store2以及後續Store指令執行前，Store1操作的數據對其它處理器可見。
- LoadStore 屏障
執行順序： Load1—>LoadStore—>Store2
確保Store2和後續Store指令執行前，可以訪問到Load1加載的數據。
- StoreLoad 屏障
執行順序: Store1—> StoreLoad—>Load2
確保Load2和後續的Load指令讀取之前，Store1的數據對其他處理器是可見的。
最後更新：2017-07-26 09:04:55