java并发编程，volatile内存实现和原理
前面的博文说了java的内存模型,介绍了java内存模型的基础,此篇文章来讲一下volatile关键字,这个在并发编程中，占有举足轻重地位的关键字。java
在java5.0 以前它是一个备受争议的关键字,5以后它重获新生。volatile关键字的做用是保证多线程中变量的可见性,是JUC包中的核心。编程
在内存模型基础中，已经提到过，JVM是分为堆内存和栈内存的，堆内存在线程之间共享，而栈内存为线程内部私有，对其余线程不可见。为保证变量的可见性，可使用volatile修饰，那为何使用了关键字volatile修饰后，就能保证可见性，下面进行分析。缓存
volatile 能够看做是一个轻量级的锁，这么说多是不许确的，但它确实具有了锁的一些特性。与锁的区别是，锁保证原子性，锁住的多是是个变量或者一段代码，而volatile修饰的变量只能保证变量在线程之间的传递，只能保证可见性，在一些方面并无具有原子性。多线程
因此上面的话有两层语义:并发
- 保证可见性，不保证原子性
- 禁止指令的重排序（重排序会破坏volatile的内存语义）
volatile变量的读/写，能够实现线程之间的通讯。ide
volatile内存语义
- 写的内存语义： 当写一个volatile变量时,JMM会把线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存。
- 读的内存语义： 当读一个volatile变量时，JMM会把线程对应的本地内存置为无效，线程接下来从主内存中读取共享变量。
初始时，两个线程的本地内存中的flag和a都是初始状态，线程A在写flag变量后，本地内存A中更新过的两个共享变量的值被刷新到主内存中，在读flag变量后，本地内存中包含的值已经被置为无效，此时线程B必须从主内存中读取共享变量。性能
volatile内存语义实现
为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障，来禁止特定类型的处理器重排序。JMM采用了保守策略，规则以下：spa
- 在每一个volatile写操做的前面插入一个StoreStore屏障
- 在每一个volatile写操做的后面插入一个StoreLoad屏障
- 在每一个volatile读操做的前面插入一个LoadLoad屏障
- 在每一个volatile读操做的后面插入一个LoadStore屏障
从汇编层看volatile关键字
记得曾经看过一篇文章，讲述的是volatile关键字修饰的变量，编程汇编代码后，会在变量的前面插入一条LOCK指令。.net
Java代码: instance = new Singleton();//instance是volatile变量 汇编代码: 0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi);0x01a3de24: lock addl $0x0,(%esp);
经过上面的代码发现，volatile修饰的变量会多出一个lock指令，LOCK指令属于系统层级： LOCK前缀会使处理器执行当前指令时产生一个LOCK#信号，显示的锁定总线。线程
来看一下LOCK指令的做用：
- 锁总线：其余cpu对内存的读写请求会被阻塞，直到锁释放，不过由于锁总线的的开销太大，后来采用锁缓存来代替锁总线
- lock后的写操做会回写已修改的数据，同时让其它cpu相关缓存行失效，从而从新从主存中加载最新的数据
- 不是内存屏障却完成相似内存屏障的功能，阻止屏障两边的执行重排序
一个示例
先启动一个线程thread，因为isOver=fasle，因此thread里的run方法里的while是一个死循环，而后企图在main线程里改变标志位isOver=true,从而想终止thread里的while死循环，使得thread线程可以结束退出。但是，事与愿违，实验现象是没有中止，即thread里isOver依然为false仍是处于死循环。
public class VolatileDemo {
private static boolean isOver = false;
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (!isOver) ;
}
});
thread.start();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
isOver = true;
}
}
那么是为何了？怎样解决这种问题。
更正后的代码为：
public class VolatileDemo {
private static volatile boolean isOver = false;
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (!isOver) ;
}
});
thread.start();
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
isOver = true;
}
}
注意不一样点，如今已经将isOver设置成了volatile变量，这样在main线程中将isOver改成了true后，thread的工做内存该变量值就会失效，从而须要再次从主内存中读取该值，如今可以读出isOver最新值为true从而可以结束在thread里的死循环，从而可以顺利中止掉thread线程。如今问题也解决了，知识也学到了：）。
总结
volatile是一种比锁更轻量级的线程之间通讯的机制，volatile仅仅保证对单个volatile变量的读/写具备原子性，而锁的互斥执行的特性能够保证对整个临界区代码执行具备原子性，在功能上，锁比voatile更强大，在可伸缩性和执行性能上，volatile更有优点，可是volatile并不能代替锁。
应用场景
- 状态标记变量
- double check
参考：
java并发编程艺术