volatile關鍵字

volatile關鍵字是JVM提供的一個輕量級的同步機制，可以保證有序性和可見性，不能保證原子性。

volatile原理

volatile修飾的變數帶有記憶體屏障（寫屏障/讀屏障），Mermory Barrier（Mermory Fence）

volatile保證可見性和有序性

可見性

volatile修飾的變數是帶有寫屏障和讀屏障的，寫屏障之前對於共享變數的修改都重新整理到主存中。在讀屏障之後，讀取的資料都是從主存中載入進來的最新資料，每次讀取的時候都從主存讀取出來生成一個新的副本。

public class Main {
    static volatile
 
 boolean flag = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                // 讀屏障，在此之後從主存之中讀取共享變數的最新值
                while (flag) {
                    
                }
            }
        });
        Thread.sleep(
 
2000);
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                flag = false;
                // 寫屏障，在此之前將共享變數的值重新整理到主存中
            }
        });
        t2.start();
    }
}

有序性

volatile遵循happened-befores規則：多執行緒情況下，即便發生了指令重排序也不影響最終的結果。

synchronized&volatile

• volatile關鍵字是執行緒同步的輕量級實現，效能要比synchronized好
• volatile只能修飾變數；synchronized可以修飾方法和同步程式碼塊
• JDK新版本的釋出優化了synchronized，優化後的synchronized執行效率有了很大的提升，一般在開發中使用synchronized
• 多執行緒反問volatile不會阻塞，synchronized會阻塞
• volatile不能保證原子性，可以保證可見性和有序性；synchronized三個核心問題都可以解決
• volatile解決的是多個執行緒之間共享資料的可見性；synchronized解決的是多執行緒之間訪問共享資源的同步性

DCL+volatile

// Double Check Lock
public class Singleton {
    //private static volatile Singleton instance;
    private static Singleton instance;
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    // new不是原子操作，所以有可能引發多執行緒問題
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
    }
}

• new操作不是原子操作，這一點我們可以通過檢視位元組碼檔案來得知
• 檢視位元組碼檔案：idea安裝jclasslib外掛，view->show Bytecode with jclasslib

// 指令含義檢視位元組碼手冊
17 new #3 <Singleton> 
// 1. 在堆區分配記憶體，生成一個不完全的物件，
// 將不完全物件的引入壓入棧頂
20 dup 
// 1. 複製棧頂元素， 將複製陣列壓入棧頂
21 invokespecial #4 <Singleton.<init> : ()V>
// 堆區中的物件就是一個完整的物件了（執行了預設構造方法）
24 putstatic #2 <Singleton.instance : LSingleton;>
// 將完整物件的引用賦值給方法區的共享變數


正常流程（上面的流程）
// 1.生成一個不完全物件（建立一個物件空間）
// 2.初始化物件
// 3.instance指向初始化物件
// 4.單執行緒訪問物件沒有問題


如果發生指令重排
// 1.首先建立一個不完全物件（建立一個物件空間）
// 2.instance指向這個物件空間
// 3.初始化物件
// 4.單執行緒訪問物件的時候不會影響結果
// 問題：多執行緒情況下，可能在當前執行緒在建立物件的過程中，
// 由於指令重排序使得其他的執行緒獲取到instance==null，此時instance只對自己的執行緒可見，
// 那麼競爭到鎖以後，instance依然為null，進而無法保證得到的物件是單例的，此時就需要新增volatile

CAS

• Unsafe實現了CAS操作（Java的原子操作類中使用了Unsafe）。
• 在Java程式碼中，Unsafe類只能通過反射來獲取。
• CAS可以將read-modify-write這類的操作轉化為原子操作。
• 悲觀鎖：synchronized可以稱為悲觀鎖，每次只允許一個執行緒執行同步程式碼塊，其他執行緒只能阻塞。
• 樂觀鎖：CAS可以稱為樂觀鎖，允許多個執行緒同步操作共享資源。

CAS+volatile

• CAS+volatile可以實現無鎖化程式設計
  • CAS在操作共享變數的時候，如果使用volatile修飾共享變數，可以保證共享變數的可見性。
  • 無鎖化程式設計適用於競爭不激烈，多核CPU的情況之下：
  • 執行緒可以併發，不會進入阻塞或者等待狀態，可以提高執行的效率；
  • 當時當競爭激烈的時候，那麼比較的次數就會變多，重試的次數也會變多，CPU佔用也就越多，反而影響效率。

CAS解決ABA問題

• 新增版本號，把資料更新到主存的時候，再次讀取主存中的變數的版本號，如果現在變數的版本號與主存中一致則更新。
• 新增時間戳。