Java Volatile 学习笔记

纯粹个人笔记，为什么要写博客？强化自己学习的知识点。实践过的东西才最深刻，但很多知识平时项目中不一定有机会实践，所以唯有自己能够写下来、描述清楚才是真的理解了。

CPU的计算性能已经远远超于内存的访问性能，所以芯片设计上用了很多手段来减少他们之间的gap，最主要的办法还是加了多级缓存, 如图所示：

aaa
图片来源 http://mechanical-sympathy.blogspot.com

Java内存模型也类似，下面是一个更加抽象的图：
bbb
图片来源 http://tech.meituan.com/

这个模型存在一个问题，当多个线程共享主内存中的一个数据时，各个CPU的缓存有可能是不一样的，存在数据不一致的问题。

volatile 的作用就是让所有线程在同一时刻看到的共享变量的值是一致的。当对volatile变量进行写操作时，线程所在的CPU核心会将当前缓存的这个变量数据写会到系统内存，这个写会内存的操作会引起其他CPU核心里缓存了该地址的数据无效，这样当其他线程操作该变量时，由于缓存失效，就会从主内存重新读取，从而保证了数据的一致性。

Java内存模型[3]中的几种Happens-Before Relationship，有一条就是针对volatile的。A write to a volatile field happens-before every subsequent read of that volatile.（对volatile域的写入操作happens-before于每一个后续对同一个域的读写操作）。这里的happens-before只是一些标准而已，并不是具体的实现原理。

还有一条Happens-Before Relationship规则就是
An unlock on a monitor happens-before every subsequent lock on that monitor.(对一个监视器锁的解锁 happens-before于每一个后续对同一监视器锁的加锁)

从这条规则就可以看出，为了确保所有线程看到的同个变量的值是一致的，可以使用volatile变量，也可以用锁。

但是 volatile仅仅保证数据的可见性，并不能保证互斥性, 下面这段代码是有问题的，两个线程同时操作count, 最后的结果是不可预见的, volatile并不能保证count++是一个原子操作。

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public class Test{
  public static volatile int count = 0;
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Runnable runnable = new Runnable() {
      public void run() {
        int i = 0;
        while (i < 10000) {
          count++;
          i++;
        }
      }
    };
    Thread t1 = new Thread(runnable);
    Thread t2 =  new Thread(runnable);
    t1.start();t2.start();
    t1.join();t2.join();

    System.out.println(count);
  }
}

那么，在什么场景下适合使用volatile呢？该文章总结了几种场景：

  • status flags
  • one-time safe publication
  • independent observations
  • the “volatile bean” pattern
  • The cheap read-write lock trick

对这些场景下volatile的使用我掌握的还不是很透彻，希望自己以后再看开源代码的时候遇到volatile的时候会重点去关注一下。

参考文献

[1] 深入分析Volatile的实现原理

[2] Java 理论与实践: 正确使用 Volatile 变量

[3] jsr133

[4] Java内存访问重排序的研究

[5] Managing volatility