一、volatile是什麼

volatile是Java併發程式設計中重要的一個關鍵字，被比喻為“輕量級的synchronized”，與synchronized不同的是，volatile只能修飾變數，無法修飾方法及程式碼塊等。
下面是使用volatile關鍵字實現的單例模式：

public class Singleton implements Serializable {
  private static volatile Singleton singleton;
  private Singleton() {}
  public static Singleton getSingleton() {
    if (singleton==null) {         // 1
      synchronized (Singleton.class) {  // 2
        if (singleton==null) {     // 3
          singleton = new Singleton();// 4
        }
      }
    }
    return singleton;
  }
  private Object readResolve() { //防止序列化破壞單例模式
    return singleton;
  }
}

1.單例為什麼使用volatile關鍵字？

首先要理解new Singleton()做了什麼。1.看class物件是否載入，如果沒有就進行類的載入、解析和初始化；2.虛擬機器分配記憶體空間，初始化例項，3.呼叫建構函式，4.返回地址給引用。而cpu為了優化程式，可能會進行指令重排序，導致例項記憶體還沒分配，就被使用了。

假設有兩個執行緒A和B，執行緒A執行到new Singleton()，開始初始化例項物件，由於存在指令重排序，這次new操作，先把引用賦值了，還沒有執行建構函式（沒有真正執行完）。這時時間片結束了，切換到執行緒B執行，執行緒B呼叫new Singleton()方法，發現引用不等於null，就直接返回引用地址了，然後執行緒B執行了一些操作，就可能導致執行緒B使用了還沒被初始化的變數。

2.單例模式中步驟1、2、3、4存在的意義何在？

首先，步驟2、3是保證單例。假設執行緒A和B都執行到了步驟2，執行緒A拿到了鎖，執行步驟3，如果此時沒有建立例項，執行緒A會執行new建立例項，然後執行緒A釋放鎖，執行緒B拿到鎖，首先執行步驟3，發現已經建立了例項，直接返回。加鎖是比較消耗資源的，步驟1就是為了減少資源的消耗。

二、volatile的特性

1.禁止指令重排序

指令重排序是JVM為了優化指令、提高程式執行效率，在不影響單執行緒程式執行結果的前提下，儘可能地提高並行度。指令重排序包括編譯器重排序和執行時重排序。

volatile關鍵字提供記憶體屏障的方式來防止指令被重排，編譯器在生成位元組碼檔案時，會在指令序列中插入記憶體屏障來禁止特定型別的處理器重排序。

JVM記憶體屏障插入策略：

• 每個volatile寫操作的前面插入一個StoreStore屏障，Store1;StoreStore;Store2，在Store2及後續的寫入操作執行前，保證Store1的寫入操作對其他處理器可見，保證了有序性和可見性；
• 在每個volatile寫操作的後面插入一個StoreLoad屏障，Store1;StoreLoad;Load2，在Load2及後續的讀取操作執行前，保證Store1的寫入操作對其他處理器可見，它的開銷是最大的，兼具其他三種的作用，保證了有序性和可見性；
• 在每個volatile讀操作的後面插入一個LoadLoad屏障，Load1;LoadLoad;Load2，在Load2及後續的讀取操作執行前，保證Load1讀取的資料已經讀取完畢；
• 在每個volatile讀操作的後面插入一個LoadStore屏障，Load1;LoadStore;Store2，在Store2及後續的寫入操作執行前，保證Load1讀取的資料已經讀取完畢。

2.保證記憶體可見性

可見性是指對volatile變數的讀總能獲取其他任意執行緒對volatile變數的最後的寫。
可見性的實現基於volatile讀寫的記憶體語義：

• volatile寫的記憶體語義：當寫入一個volatile變數時，JVM將執行緒工作記憶體中的變數值重新整理到主記憶體中；
• volatile讀的記憶體語義：當讀取一個volatile變數時，JVM首先將改工作記憶體中的變數設定為無效，重新從主記憶體中獲取最新的有效值。

三、使用場景

（1）volatile是輕量級同步機制。與synchronized的區別是volatile只能保證有序性和可見性，不能保證原子性。
（2）volatile不能修飾寫入操作依賴當前值的變數。宣告為volatile的簡單變數如果當前值與該變數以前的值相關，那麼volatile關鍵字不起作用，也就是說如下的表示式都不是原子操作：“count++”、“count = count+1”。
（3）當要訪問的變數已在synchronized程式碼塊中，或為常量時，沒必要使用volatile；
（4）volatile保證了有序性，遮蔽掉了JVM中必要的程式碼優化，所以在效率上比較低，因此一定在必要時才使用此關鍵字。
（5）在以下兩個場景中可以使用volatile來代替synchronized：

• 運算結果不依賴變數的當前值，或者能夠確保只有單一的執行緒會修改變數的值。
• 變數不需要與其他狀態變數共同參與不變約束。

以上就是淺析Java併發程式設計——volatile關鍵字的詳細內容，更多關於Java併發程式設計——volatile關鍵字的資料請關注我們其它相關文章！