這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)如何解析java多線(xiàn)程volatile內(nèi)存語(yǔ)義，文章內(nèi)容豐富且以專(zhuān)業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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volatile關(guān)鍵字是java虛擬機(jī)提供的最輕量級(jí)額的同步機(jī)制。由于volatile關(guān)鍵字與java內(nèi)存模型相關(guān)，因此，我們?cè)诮榻Bvolatile關(guān)鍵字之前，對(duì)java內(nèi)存模型進(jìn)行更多的補(bǔ)充（之前的博文也曾介紹過(guò)）。

1. java內(nèi)存模型（JMM）

JMM是一種規(guī)范，主要用于定義共享變量的訪(fǎng)問(wèn)規(guī)則，目的是解決多個(gè)線(xiàn)程本地內(nèi)存與共享內(nèi)存的數(shù)據(jù)不一致、編譯器處理器的指令重排序造成的各種線(xiàn)程安全問(wèn)題，以保障多線(xiàn)程編程的原子性、可見(jiàn)性和有序性。

JMM規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中，每條線(xiàn)程還有自己的工作內(nèi)存，線(xiàn)程中的工作內(nèi)存中存儲(chǔ)了該線(xiàn)程用到的變量的主內(nèi)存的拷貝，各線(xiàn)程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，線(xiàn)程之間的變量值的傳遞都必須通過(guò)主內(nèi)存來(lái)進(jìn)行。

JMM定義了8中操作實(shí)現(xiàn)主內(nèi)存與工作內(nèi)存的交互協(xié)議：

1）lock：作用于主內(nèi)存，它把一個(gè)變量標(biāo)識(shí)為一條線(xiàn)程的獨(dú)占狀態(tài)?！　　　?）unlock：作用于主內(nèi)存，它把一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的變量的釋放出來(lái)?！　　　?）read：作用于主內(nèi)存，它把一個(gè)變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€(xiàn)程的工作內(nèi)存中?！　　　?）load：作用于工作內(nèi)存，它把從主內(nèi)存中read到的值放入工作內(nèi)存的變量副本中。　　　　5）use：作用于工作內(nèi)存，它把一個(gè)變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬟f給執(zhí)行引擎　　　　6）assign：作用與工作內(nèi)存，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦值給工作內(nèi)存的變量?！　　　?）store：作用于工作內(nèi)存，把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存?！　　　?）write：作用于主內(nèi)存，它把store操作從工作內(nèi)存中得到的值放入主內(nèi)存中的變量中。

這8中操作以及對(duì)著8中操作的規(guī)則的限制就能確定哪些內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)在并發(fā)條件下是線(xiàn)程安全的，這種方式比較繁瑣，jdk1.5之后提出了提出了happens-before規(guī)則來(lái)判斷線(xiàn)程是否安全。

可以這么理解，happens-before規(guī)則是JMM的核心.Happens-before就是用來(lái)確定兩個(gè)操作的執(zhí)行順序。這兩個(gè)操作可在同一線(xiàn)程中，也可以在兩個(gè)線(xiàn)程中。

happens-before規(guī)定：如果一個(gè)操作happens-before另個(gè)一操作，那么第一個(gè)操作的結(jié)果對(duì)第二個(gè)操作可見(jiàn)（但這并不意味著處理器必須按照happens-before順序執(zhí)行，只要不改變執(zhí)行結(jié)果，可任意優(yōu)化）。happens-before規(guī)則已在前邊博文中介紹，這里不再重復(fù)（http://www.cnblogs.com/gdy1993/p/9117331.html）

JMM內(nèi)存規(guī)則僅僅是一種規(guī)則，規(guī)則的最終落實(shí)是通過(guò)java虛擬機(jī)、編譯器以及處理器一同協(xié)作來(lái)落實(shí)的，而內(nèi)存屏障是java虛擬機(jī)、編譯器、處理器之間溝通的紐帶。

而java原因封裝了這些底層的具體實(shí)現(xiàn)與控制，提供了synchronized、lock和volatile等關(guān)鍵字的來(lái)保障多線(xiàn)程安全問(wèn)題。

2. volatile關(guān)鍵字

（1）volatile對(duì)可見(jiàn)性的保證

在介紹volatile關(guān)鍵字之前，先來(lái)看這樣一段代碼：

//線(xiàn)程1    boolean stop = false;    while(!stop) {      doSomething();    }    //線(xiàn)程2    stop = true;

有兩個(gè)線(xiàn)程：線(xiàn)程1和線(xiàn)程2，線(xiàn)程1在stop==false時(shí)，不停的執(zhí)行doSomething()方法；線(xiàn)程2在執(zhí)行到一定情況時(shí)，將stop設(shè)置為true，將線(xiàn)程1中斷，很多人采用這種方式中斷線(xiàn)程，但這并不是安全的。因?yàn)閟top作為一個(gè)普通變量，線(xiàn)程2對(duì)其的修改，并不能立刻被線(xiàn)程1所感知，即線(xiàn)程1對(duì)stop的修改僅僅在自己的工作內(nèi)存中，還沒(méi)來(lái)的急寫(xiě)入主內(nèi)存，線(xiàn)程2工作內(nèi)存中的stop并未修改，可能導(dǎo)致線(xiàn)程無(wú)法中斷，雖然這種可能性很小，但一旦發(fā)生，后果嚴(yán)重。

而使用volatile變量修飾就能避免這個(gè)問(wèn)題，這也是volatile第一個(gè)重要含義：

volatile修飾的變量，能夠保證不同線(xiàn)程對(duì)這個(gè)變量操作的可見(jiàn)性，即一個(gè)線(xiàn)程修改了這個(gè)變量的值，這個(gè)新值對(duì)于其他線(xiàn)程是立即可見(jiàn)的。

volatile的對(duì)可見(jiàn)性保證的原理：

對(duì)于volatile修飾的變量，當(dāng)某個(gè)線(xiàn)程對(duì)其進(jìn)行修改時(shí)，會(huì)強(qiáng)制將該值刷新到主內(nèi)存，這就使得其他線(xiàn)程對(duì)該變量在各自工作內(nèi)存中的緩存無(wú)效，因而在其他線(xiàn)程對(duì)該變量進(jìn)行操作時(shí)，必須從主內(nèi)存中重新加載

（2）volatile對(duì)原子性的保障？

首先來(lái)看這樣一段代碼（深入理解java虛擬機(jī)）：

public class VolatileTest {  public static volatile int race = 0;  public static void increase() {    race++;  }  public static final int THREAD_COUNT = 20;  public static void main(String[] args) {    Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];    for (Thread t : threads) {      t = new Thread(new Runnable() {        @Override        public void run() {          for(int i = 0; i < 10000; i++) {            increase();          }        }      });      t.start();    }    while(Thread.activeCount() > 1) {      Thread.yield();    }    System.out.println(race);//race < 200000  }}

race是volatile修飾的共享變量，創(chuàng)建20個(gè)線(xiàn)程對(duì)這個(gè)共享變量進(jìn)行自增操作，每個(gè)線(xiàn)程自增的次數(shù)為10000次，如果volatile能夠保證原子性的話(huà)，最終race的結(jié)果肯定是200000。但結(jié)果不然，每次程序運(yùn)行race'的值總是小于200000，這也側(cè)面證明了volatile并不能保證共享變量操作的原子性。原理如下：

線(xiàn)程1讀取了race的值，然后cp分配的時(shí)間片結(jié)束，線(xiàn)程2此時(shí)讀取了共享變量的值，并對(duì)race進(jìn)行自增操作，并將操作后的值刷新到主內(nèi)存，此時(shí)線(xiàn)程1已經(jīng)讀取了race的值，因此保留的依然是原來(lái)的值，此時(shí)這個(gè)值已是舊值，對(duì)race進(jìn)行自增操作后刷新到主內(nèi)存，因此主內(nèi)存中的值也是舊值。這也是volatile僅僅能保障讀到的是相對(duì)新值的原因。

（3）volatile對(duì)有序性的保障

首先來(lái)看這樣一段代碼：

//線(xiàn)程1    boolean initialized = false;    context = loadContext();    initialized = true;    //線(xiàn)程2    while(!initialized) {      sleep();    }    doSomething(context);

線(xiàn)程2在initialized變量為true時(shí)，使用context變量完成一些操作；線(xiàn)程1負(fù)責(zé)加載context，并在加載完成后將initialized變量設(shè)為true。但是，由于initialized只是一個(gè)普通變量，普通變量?jī)H僅能夠保證在該方法的執(zhí)行過(guò)程中，所有依賴(lài)賦值結(jié)果的地方都能獲得正確的值，而不能保證變量的賦值順序與程序代碼的執(zhí)行順序一致。因此就可能出現(xiàn)這樣一種情況，當(dāng)線(xiàn)程1將initialized變量設(shè)為true時(shí)，context依然沒(méi)有加載完成，但線(xiàn)程2由于讀到initialized為true，就可能執(zhí)行了doSomething()方法，可能會(huì)產(chǎn)生非常奇怪的效果。

而volatile的第二個(gè)語(yǔ)義就是禁止重排序：　

寫(xiě)volatile變量的操作與該操作之前的任何讀寫(xiě)操作都不會(huì)被重排序；

讀volatile變量操作與該操作之后的任何讀寫(xiě)操作都不會(huì)重排序。

（4） volatile的底層實(shí)現(xiàn)原理

java語(yǔ)言底層是通過(guò)內(nèi)存屏障來(lái)實(shí)現(xiàn)volatile語(yǔ)義的。

對(duì)于volatile變量的寫(xiě)操作：

①java虛擬機(jī)會(huì)在該操作之前插入一個(gè)釋放屏障（loadstore+storestore）,釋放屏障禁止了volatile變量的寫(xiě)操作與該操作之前的任何讀寫(xiě)操作的重排序。

②java虛擬機(jī)會(huì)在該操作之后插入一個(gè)存儲(chǔ)屏障（storeload），存儲(chǔ)屏障使得對(duì)volatile變量的寫(xiě)操作能夠同步到主內(nèi)存。

對(duì)于volatile變量的讀操作：

③java虛擬機(jī)會(huì)在該操作之前插入一個(gè)loadload，使得每次對(duì)volatile變量的讀取都從主內(nèi)存中重新加載（刷新處理器緩存）

④java虛擬機(jī)會(huì)在該操作之后插入一個(gè)獲得屏障（loadstore+loadload），使得volatile后的任何讀寫(xiě)操作與該操作進(jìn)行重排序。

①③保障可見(jiàn)性，②④保障有序性。

（5）volatile關(guān)鍵字與happens-before的關(guān)系

Happens-before規(guī)則中的volatile規(guī)則為：對(duì)于一個(gè)volatile域的寫(xiě)happens-before后續(xù)每一個(gè)針對(duì)該變量的讀操作。

寫(xiě)線(xiàn)程執(zhí)行write(),然后讀線(xiàn)程執(zhí)行read()方法，圖中每個(gè)箭頭都代表一個(gè)happens-before關(guān)系，黑色箭頭是根據(jù)程序順序規(guī)則，藍(lán)色箭頭根據(jù)volatile規(guī)則，紅色箭頭是根據(jù)傳遞性推出的，即操作2happens-before操作3，即對(duì)volatile共享變量的更新操作排在后續(xù)讀取操作之前，對(duì)volatile變量的修改對(duì)后續(xù)volatile變量的讀取可見(jiàn)。

上述就是小編為大家分享的如何解析java多線(xiàn)程volatile內(nèi)存語(yǔ)義了，如果剛好有類(lèi)似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

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