01.并发多线程-volatile

可见性

• 多个线程并发读写一个共享变量的时候，有可能某个线程修改了变量的值，可是其余的线程看不到，也就是对其余线程不可见

工做原理

• 主要做用是保证可见性以及有序性
• 不能保证原子性

volatile 怎么保证可见性和有序性

内存可见性

1. CPU的内存访问很慢，因此CPU有几层的高速缓存，加速内存访问速度
2. Java的内存模型对上述又进行了一些列的抽象，JMM（java内存模型）规定全部的变量都在存在主内存的，每一个线程又包含本身的工做内存
3. 变量在工做内存中修改之后，就会强制将工做内存中的刷回主内存，主内存的变量值立马变成最新的值
4. 其他线程中工做内存中的变量缓存直接强制失效过时，不容许直接读取和使用，当线程再次准备使用的时候，会在主内存中直接读取最新的值

有序性

1. JMM是容许编译器和处理器对指令重排序的，可是规定了as-if-serial语义，即无论怎么重排序，程序的执行结果不能改变
2. 针对多线程出现的问题，加上volatile 会禁止重排序，能够确保程序的有序性

原子性

1. volatile虽然不能保证原子性，可是在某一些条件下，仍是能提供原子性的
2. 如读 64 位数据类型，像 long 和 double 都不是原子的，但 volatile 类型的 double 和 long 就是原子的。

底层时间的机制

• 若是把加入volatile关键字的代码和未加入volatile关键字的代码都生成汇编代码，会发现加入volatile关键字的代码会多出一个lock前缀的指令
• lock前缀指令实际至关于一个内存屏障
• 内存屏障提供了一下的功能
  1. 重排序时，不能把后面的指令重排序到内存屏障以前的位置
  2. 使得本CPU的Cacahe写入内存
  3. 写入动做也会引发别的CPU或者别的内核无效化其Cache，至关于让新写入的值对别的线程可见。

应用举例

1. 状态量标记

int a = 0;
volatile bool flag = false;

public void write() {
    a = 2;              //1
    flag = true;        //2
}

public void multiply() {
    if (flag) {         //3
        int ret = a * a;//4
    }
}
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2.单例模式的实现，典型的双重检查锁定（DCL）

class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;
 
    private Singleton() {
 
    }
 
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}
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这是一种懒汉的单例模式，使用时才建立对象，并且为了不初始化操做的指令重排序，给instance加上了volatile。

相关的面试题目

一、Java 中能建立 volatile 数组吗？

• 能，不过建立的是一个指定数组的引用，而不是整个数据，若是改变引用指向的数据，将会受到volatile的保护，可是若是多个线程同时改变数据的元素，volatile标识符就不能祈祷以前的保护做用了

二、volatile 能使得一个非原子操做变成原子操做吗？

• 一个典型的例子是在类中的有一个long类型的成员变量，若是你知道该成员变量会被多个线程访问，那么最好将这个成员变量设置为volatile，由于java中读取long类型不是院子的，须要分红两步，若是一个线程正在修改该long变量的值，另外一个此案城可能只能看到该值的通常（前32为）。可是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子。