Java并发编程:volatile关键字解析

时间:2022-11-10 18:02:00

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由于volatile关键字是与Java的内存模型有关的,因此在讲述volatile关键之前,先了解一下与内存模型相关的概念和知识,然后分析volatile关键字的实现原理,最后给出了几个使用volatile关键字的场景。

1.volatile关键字的两层语义

  一旦一个共享变量(类的成员变量、类的静态成员变量)被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:

  1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。

  2)禁止进行指令重排序。

  3)volatile无法保证原子性

“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现,加入volatile关键字时,会多出一个lock前缀指令”

  lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),内存屏障会提供3个功能:

  1)它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置,也不会把前面的指令排到内存屏障的后面;即在执行到内存屏障这句指令时,在它前面的操作已经全部完成;

  2)它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存;

  3)如果是写操作,它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

 

使用volatile关键字的场景

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码,那么就会很影响程序执行效率,而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized,但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的,因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说,使用volatile必须具备以下2个条件:

  1)对变量的写操作不依赖于当前值

  2)该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

  实际上,这些条件表明,可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态,包括变量的当前状态。

  事实上,我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作,才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。

  下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。

1、状态标记

1 volatile boolean flag = false;
2
3 while(!flag){
4 doSomething();
5 }
6
7 public void setFlag() {
8 flag = true;
9 }
 1 volatile boolean inited = false;
2 //线程1:
3 context = loadContext();
4 inited = true;
5
6 //线程2:
7 while(!inited ){
8 sleep()
9 }
10 doSomethingwithconfig(context);

2、double check双重检查

可以使用 volatile 关键字来保证多线程下的单例

 1 class Singleton{
2 private volatile static Singleton instance = null;
3
4 private Singleton() {
5
6 }
7
8 public static Singleton getInstance() {
9 if(instance==null) {
10 synchronized (Singleton.class) {
11 if(instance==null)
12 instance = new Singleton();
13 }
14 }
15 return instance;
16 }
17 }