java 中的volatile关键字

时间：2022-03-08 10:18:05|栏目：JAVA代码|点击：次

1.volatile实现可见性的原理是什么？

有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候汇编代码会多出一个Lock前缀指令。

在该指令下，多核处理器会引发两件事：

将当前处理器缓存行的数据写回系统内存
这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效

这里需要简单了解CPU缓存一致性问题：多核处理器环境下，每个CPU都有自己的缓存行，缓存了内存中的数据，要维护多个CPU中缓存的数据一致性，就需要解决两个问题：

一是写传播（某个CPU里的cache数据更新时，需要传播到其他CPU的cache中）；
二是事务的串行化执行（在某个CPU里对数据的修改，在其他CPU中看起来顺序是一样的，也就是要引入近似[锁]的概念，保证同一时刻只有一个CPU可以对数据做修改）；

写传播是通过[总线嗅探]完成的：通过总线把修改数据的事件广播通知给其他所有的核心，每个CPU核心都会监听总线上的广播事件，并检查是否有相同的数据在自己的Cache里面；而事务的串行化则通过[MESI协议]来完成。

MESI(Modified(已修改)、Exclusive(独占)、Shared(共享)、Ivalidated(已失效))协议中，如果要修改一个共享数据，不能直接修改，要先向其他CPU广播一个请求，把其他CPU cache中对应的数据状态改为Invalidated；以后其他CPU在读取标记为Invalidated的数据时，需要强制从内存中读取数据。

2.演示volatile的可见性

public class VolatileDemo {
    static  int flag = 1;  // 定义一个共享变量
    public static void main(String[] args) {
        // 两个线程，一个线程负责读取flag的值，另一个线程负责修改flag的值
        new Thread(){
            int localflag = flag;
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    //flag被修改后就跟localflag不一样了
                    if(localflag!=flag){
                        System.out.println("读到了flag修改后的值："+ flag);
                        //把读到的值赋值给本地变量
                        localflag = flag;
                    }
                }
            }
        }.start();

        new Thread(){
            int localflag = flag;
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    //一直对flag的值进行修改
                    System.out.println("对flag的值进行修改:"+ ++localflag);
                    flag = localflag;
                    //休眠一秒更好地观察结果
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();


    }
}

可以看到另一个线程并不能及时读取到被修改的值。

共享变量用volatile修饰后：

public class VolatileDemo {
    static  volatile int flag = 1;
    public static void main(String[] args) {
        // 两个线程，一个线程负责读取flag的值，另一个线程负责修改flag的值
        new Thread(){
            int localflag = flag;
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    //flag被修改后就跟localflag不一样了
                    if(localflag!=flag){
                        System.out.println("读到了flag修改后的值："+ flag);
                        //把读到的值赋值给本地变量
                        localflag = flag;
                    }
                }
            }
        }.start();

        new Thread(){
            int localflag = flag;
            @Override
            public void run() {
                while (true){
                    //一直对flag的值进行修改
                    System.out.println("对flag的值进行修改:"+ ++localflag);
                    flag = localflag;
                    //休眠一秒更好地观察结果
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }.start();


    }
}

可以看到用volatile修饰后，每次另一个线程总能读取到修改后的值。

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