volatile的作用

可見性:

可見性是一種複雜的屬性,因爲可見性中的錯誤總是會違揹我們的直覺。通常,我們無法確保執行讀操作的線程能適時地看到其他線程寫入的值,有時甚至是根本不可能的事情。爲了確保多個線程之間對內存寫入操作的可見性,必須使用同步機制。

可見性,是指線程之間的可見性,一個線程修改的狀態對另一個線程是可見的。也就是一個線程修改的結果。另一個線程馬上就能看到。比如:用volatile修飾的變量,就會具有可見性。volatile修飾的變量不允許線程內部緩存和重排序,即直接修改內存。所以對其他線程是可見的。但是這裏需要注意一個問題,volatile只能讓被他修飾內容具有可見性,但不能保證它具有原子性。比如 volatile int a = 0;之後有一個操作 a++;這個變量a具有可見性,但是a++ 依然是一個非原子操作,也就是這個操作同樣存在線程安全問題。

在 Java 中 volatile、synchronized 和 final 實現可見性。

原子性:

原子是世界上的最小單位,具有不可分割性。比如 a=0;(a非long和double類型) 這個操作是不可分割的,那麼我們說這個操作時原子操作。再比如:a++; 這個操作實際是a = a + 1;是可分割的,所以他不是一個原子操作。非原子操作都會存在線程安全問題,需要我們使用同步技術(sychronized)來讓它變成一個原子操作。一個操作是原子操作,那麼我們稱它具有原子性。java的concurrent包下提供了一些原子類,我們可以通過閱讀API來了解這些原子類的用法。比如:AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。

在 Java 中 synchronized 和在 lock、unlock 中操作保證原子性。

有序性:

Java 語言提供了 volatile 和 synchronized 兩個關鍵字來保證線程之間操作的有序性,volatile 是因爲其本身包含“禁止指令重排序”的語義,synchronized 是由“一個變量在同一個時刻只允許一條線程對其進行 lock 操作”這條規則獲得的,此規則決定了持有同一個對象鎖的兩個同步塊只能串行執行。

 

當一個變量定義爲 volatile 之後,將具備兩種特性:

1.保證此變量對所有的線程的可見性,這裏的“可見性”,如本文開頭所述,當一個線程修改了這個變量的值,volatile 保證了新值能立即同步到主內存,以及每次使用前立即從主內存刷新。但普通變量做不到這點,普通變量的值在線程間傳遞均需要通過主內存(詳見:Java內存模型)來完成。

2.禁止指令重排序優化。有volatile修飾的變量,賦值後多執行了一個“load addl $0x0, (%esp)”操作,這個操作相當於一個內存屏障(指令重排序時不能把後面的指令重排序到內存屏障之前的位置),只有一個CPU訪問內存時,並不需要內存屏障;(什麼是指令重排序:是指CPU採用了允許將多條指令不按程序規定的順序分開發送給各相應電路單元處理)。

volatile 性能:

volatile 的讀性能消耗與普通變量幾乎相同,但是寫操作稍慢,因爲它需要在本地代碼中插入許多內存屏障指令來保證處理器不發生亂序執行。

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