volatile 关键字有什么用?它的实现原理是什么?

volatile

volatile是Java中的一个关键字,用于修饰变量,表示该变量是"易变的"(Volatile)。 volatile 关键字有两个作用:

  • 可以保证在多线程环境下共享变量的可见性。
  • 通过增加内存屏障防止多个指令之间的重排序。

可见性,是指当某一个线程对共享变量的修改,其他线程可以立刻看到修改之后的值。其实这个可见性问题,我认为本质上是由几个方面造成的。

可见性

CPU 层面的高速缓存,在 CPU 里面设计了三级缓存去解决 CPU 运算效率和内存 IO 效率问题,但是带来的就是缓存的一致性问题,而在多线程并行执行的情况下,缓存一致性就会导致可见性问题。

所以,对于增加了 volatile 关键字修饰的共享变量,JVM 虚拟机会自动增加一个#Lock汇编指令,这个指令会根据 CPU 型号自动添加总线锁或/缓存锁:

  • 总线锁是锁定了 CPU 的前端总线,从而导致在同一时刻只能有一个线程去和内存通信,这样就避免了多线程并发造成的可见性。
  • 缓存锁是对总线锁的优化,因为总线锁导致了 CPU 的使用效率大幅度下降,所以缓存锁只针对 CPU 三级缓存中的目标数据加锁,缓存锁是使用 MESI 缓存一致性来实现的。

指令重排序

指令重排序,所谓重排序,就是指令的编写顺序和执行顺序不一致,在多线程环境下导致可见性问题。指令重排序本质上是一种性能优化的手段,它来自于几个方面:

  • CPU 层面,针对 MESI 协议的更进一步优化去提升 CPU 的利用率,引入了StoreBuffer 机制,而这一种优化机制会导致 CPU 的乱序执行。当然为了避免这样的问题,CPU 提供了内存屏障指令,上层应用可以在合适的地方插入内存屏障来避免 CPU 指令重排序问题。
  • 编译器的优化,编译器在编译的过程中,在不改变单线程语义和程序正确性的前提下,对指令进行合理的重排序优化来提升性能。

总结

所以,如果对共享变量增加了 volatile 关键字,那么在编译器层面,就不会去触发编译器优化,同时再 JVM 里面,会插入内存屏障指令来避免重排序问题。当然,除了 volatile 以外,从 JDK5 开始,JMM 就使用了一种 Happens-Before 模型去描述多线程之间的内存可见性问题。如果两个操作之间具备 Happens-Before 关系,那么意味着这两个操作具备可见性关系,不需要再额外去考虑增加 volatile 关键字来提供可见性保障。

相关推荐
NE_STOP12 分钟前
SpringBoot--简单入门
java·spring
hqxstudying39 分钟前
Java创建型模式---原型模式
java·开发语言·设计模式·代码规范
Dcs1 小时前
VSCode等多款主流 IDE 爆出安全漏洞!插件“伪装认证”可执行恶意命令!
java
保持学习ing1 小时前
day1--项目搭建and内容管理模块
java·数据库·后端·docker·虚拟机
京东云开发者1 小时前
Java的SPI机制详解
java
超级小忍2 小时前
服务端向客户端主动推送数据的几种方法(Spring Boot 环境)
java·spring boot·后端
程序无bug2 小时前
Spring IoC注解式开发无敌详细(细节丰富)
java·后端
小莫分享2 小时前
Java Lombok 入门
java
程序无bug2 小时前
Spring 对于事务上的应用的详细说明
java·后端
食亨技术团队2 小时前
被忽略的 SAAS 生命线:操作日志有多重要
java·后端