在Java并發(fā)編程中，volatile關(guān)鍵字常用于保持內(nèi)存可見性和防止指令重排序。本文將介紹volatile關(guān)鍵字的原理、使用方法以及性能方面的考慮。1. volatile原理被volatile關(guān)鍵字

在Java并發(fā)編程中，volatile關(guān)鍵字常用于保持內(nèi)存可見性和防止指令重排序。本文將介紹volatile關(guān)鍵字的原理、使用方法以及性能方面的考慮。

1. volatile原理

被volatile關(guān)鍵字修飾的變量，在編譯器和運(yùn)行時(shí)都會(huì)被注意到是共享的，因此不會(huì)將該變量上的操作與其他內(nèi)存操作一起重排序。volatile變量不會(huì)被緩存在寄存器或者對(duì)其他處理器不可見的地方，因此在讀取volatile類型的變量時(shí)總會(huì)返回最新寫入的值。

2. volatile的輕量級(jí)同步機(jī)制

與synchronized關(guān)鍵字相比，訪問volatile變量不會(huì)執(zhí)行加鎖操作，因此也就不會(huì)使執(zhí)行線程阻塞。這使得volatile變量成為一種比synchronized關(guān)鍵字更輕量級(jí)的同步機(jī)制。

當(dāng)對(duì)非volatile變量進(jìn)行讀寫時(shí)，每個(gè)線程會(huì)先從內(nèi)存拷貝變量到CPU緩存中。如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU，每個(gè)線程可能在不同的CPU上被處理，這意味著每個(gè)線程可以拷貝到不同的CPU緩存中。而聲明變量為volatile的話，JVM會(huì)保證每次讀變量都從內(nèi)存中讀，跳過CPU緩存這一步。

3. volatile的作用

volatile在Java并發(fā)編程中常用于兩個(gè)方面：保持內(nèi)存可見性和防止指令重排序。

- 內(nèi)存可見性（Memory Visibility）：所有線程都能看到共享內(nèi)存的最新狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值時(shí)，其他線程可以立即看到最新的值。這有效地解決了多線程之間對(duì)共享變量讀寫的不一致性問題。

- 防止指令重排序：在基于偏序關(guān)系的Happens-Before內(nèi)存模型中，指令重排序技術(shù)大大提高了程序執(zhí)行效率，但同時(shí)也引入了一些問題。使用volatile關(guān)鍵字可以禁止指令重排序，確保程序按照預(yù)期順序執(zhí)行。

4. volatile保持內(nèi)存可見性的規(guī)則

為了保證volatile關(guān)鍵字的內(nèi)存可見性，以下規(guī)則需要被遵守：

- read、load、use動(dòng)作必須連續(xù)出現(xiàn)；

- assign、store、write動(dòng)作必須連續(xù)出現(xiàn)；

- 每次讀取前必須先從主內(nèi)存刷新最新的值；

- 每次寫入后必須立即同步回主內(nèi)存中。

換句話說，被volatile關(guān)鍵字修飾的變量在不同線程中的修改是相互可見的。線程1對(duì)變量v的最新修改，對(duì)線程2是可見的。

5. volatile防止指令重排序的策略

為了防止指令重排序，volatile關(guān)鍵字使用以下內(nèi)存屏障策略：

- 在每個(gè)volatile寫操作的前面插入一個(gè)StoreStore屏障；

- 在每個(gè)volatile寫操作的后面插入一個(gè)StoreLoad屏障；

- 在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadLoad屏障；

- 在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadStore屏障。

這些內(nèi)存屏障指令確保了volatile變量的寫操作和讀操作不會(huì)被指令重排序，從而保證了內(nèi)存可見性和順序一致性。

6. volatile性能考慮

在性能方面，volatile的讀性能消耗與普通變量幾乎相同，但是寫操作稍慢。這是因?yàn)樵诒镜卮a中需要插入許多內(nèi)存屏障指令來(lái)保證處理器不發(fā)生亂序執(zhí)行。

因此，在使用volatile關(guān)鍵字時(shí)需要權(quán)衡內(nèi)存可見性和性能方面的需求，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的同步機(jī)制。

通過本文的介紹，我們對(duì)volatile關(guān)鍵字的作用有了更深入的理解。在Java并發(fā)編程中，合理地使用volatile關(guān)鍵字可以保證多線程之間的數(shù)據(jù)同步和順序一致性，從而提升程序的穩(wěn)定性和可靠性。