volatile 關鍵字

volatile 的底層實現原理是內存屏障，Memory Barrier（Memory Fence）

• 對 volatile 變量的寫指令後會加入寫屏障
• 對 volatile 變量的讀指令前會加入讀屏障

對一個 volatile 變量的單個讀/寫操做，與對一個普通變量的讀/寫操做使用同一個鎖來同步，它們之間的執行效果相同；也就是說對一個 volatile 變量的讀，老是能看到(任意線程) 對這個 volatile 變量最後的寫入。

值得注意的是：Java 內存模型對 volatile 語義的擴展保證了 volatile 變量在一些狀況下不會重排序，volatile 的 64 位變量 double 和 long 的讀取和賦值操做都是原子的。若是是多個 volatile 操做或相似於 volatile++ 這種複合操做，這些操做總體上不具備原子性。

簡而言之，volatile 變量自身具備一下特性：

• 可見性：對一個 volatile 變量的讀，老是能看到(任意線程) 對這個 volatile 變量最後的寫入。
• 原子性：對任意單個 volatile 變量的讀/寫具備原子性，可是相似於 volatile++ 這種符合操做不具備原子性。

volatile 寫-讀的內存語義

當寫一個 volatile 變量時，JMM 會把該線程棧中的共享變量值刷新到主內存，使主內存和該線程棧中的共享變量的值是一致的。

當讀一個 volatile 變量時，JMM 會把該線程棧中的共享變量的值置爲無效，隨後線程會從主內存中從新讀取共享變量。

下面對 volatile 寫和 volatile 讀的內存語義作個總結：

• 線程 A 寫一個 volatile 變量，實質上是線程 A 向接下來將要讀這個 volatile 變量的某個線程發出了(這個變量已經被修改的)信息。
• 線程 B 讀一個 volatile 變量，實質上是線程 B 接收了以前某個線程發出的(在寫這個 volatile 變量以前對共享變量所作修改的)信息。
• 線程 A 寫一個 volatile 變量，隨後線程 B 讀這個 volatile 變量，這個過程實質上是線程 A 經過主內存想線程 B 發送消息。

簡而言之：線程 A 修改了 volatile 變量，經過主內存發送消息到下一個要讀 volatile 變量的線程；而後讀的這個線程會將線程棧中的這個 volatile 變量置爲無效，而後從新從主內存中讀取。

volatile 內存語義的實現

volatile 實現 JVM 必須遵循如下重排序規則：

從上表咱們能夠看出：

• 當第二個操做是 volatile 寫時，無論第一個操做是什麼，都不能重排序。這個規則確保 volatile 寫以前的操做不會被編譯器重排序到 volatile 寫以後。
• 當第一個操做是 volatile 讀時，無論第二個操做是什麼，都不能重排序。這個規則確保 volatile 讀以後的操做不會被編譯器重排序到 volatile 都以前。
• 當第一個操做是 volatile 寫，第二個操做是 volatile 讀時，不能重排序。

留白的單元格表明容許在不違反Java基本語義的狀況下重排序。例如，編譯器不會對對同一內存地址的讀和寫操做重排序，可是容許對不一樣地址的讀和寫操做重排序。

爲了實現 volatile 的內存語義，編譯器在生成字節碼時，會在指令序列中插入內存屏障來禁止聽頂類型的處理器重排序。下面是基於保守策略的 JMM 內存屏障插入策略：

• 在每一個 volatile 寫操做的前面插入一個 StoreStore 屏障。
• 在每一個 volatile 寫操做的後面插入一個 StoreLoad 屏障。
• 在每一個 volatile 讀操做的後面插入一個 LoadLoad 屏障。
• 在每一個 volatile 讀操做的後面插入一個 LoadStore 屏障。

下面是保守策略下，volatile 寫插入內存屏障後生成的指令序列示意圖：

上圖中的 StoreStore 屏障能夠保證在 volatile 寫以前，其前面的全部普通寫操做已經對任意處理器可見了。這是由於 StoreStore 屏障將保障上面全部的普通寫在 volatile 寫以前刷新到主內存。

StoreLoad 屏障避免 volatile 寫與後面可能有的 volatile 讀/寫操做重排序。由於編譯器經常沒法準確判斷在一個 volatile 寫的後面，是否須要插入一個 StoreLoad 屏障(好比，一個 volatile 寫以後方法當即 return)。爲了保證能正確實現 volatile 的內存語義，JMM 在這裏採起了保守策略：在每一個 volatile 寫的後面或在每一個 volatile 讀的前面插入一個 StoreLoad 屏障。從總體執行效率的角度考慮，JMM 選擇了在每一個 volatile 寫的後面插入一個 StoreLoad 屏障。

下面是在保守策略下，volatile 讀插入內存屏障後發生的指令序列示意圖：

上圖的 LoadLoad 屏障用來禁止處理器把上面的 volatile 讀與下面的普通讀重排序。LoadStore 屏障用來禁止處理器吧上面的 volatile 讀與下面的普通寫重排序。

保證可見性

保證有序性

保證