在Java并發編程里面，volatile是個很重要的概念，大象也來講講自己對它的理解。
以前曾經有段時間我一直沒搞明白volatile到底怎么用，它是怎樣實現的同步，而且對于volatile變量還有一些限制條件。任何技術在沒完全弄明白之前，至少在沒熟練掌握之前都不太敢放心大膽的用，大象想將自己對它的理解分享出來，給需要的人一些幫助。 volatile是輕量級的鎖，它只具備可見性，但沒有原子特性。用volatile聲明的變量，它的同步特性，簡單來講就是對該變量的單個讀/寫是同步的。這是什么意思呢？我還是以共享變量i為例，不過在i的前面加上了volatile修飾符。
private volatile int i = 0;
public int get() {
return i;
}
public void set(int i) {
this.i = i;
}
為了與傳統的getXXX和setXXX方法區別開來，我將方法名改成了上面這樣。對于get和set方法，如果有多個線程同時訪問，volatile是可以保證i的原子性的，再簡單點講，對于變量i，get和set方法是同步的。這是通過什么來保證的呢？是通過Java語言規范:如果一個字段被聲明為volatile，Java內存模型確保所有線程看到這個變量的值是一致的。 看到這里，可能有的童鞋會想，既然volatile可以保證內存可見性，那不就解決了淺談Java共享變量這篇文章里面講到的共享變量的并發問題嗎？只要在i的前面加上volatile就可以解決同步問題了，你確定？實踐是最好的辦法，動手試下，看看結果如何。 事實證明這個辦法行不通，為什么呢？原因出在i++上面，增量操作符++不是原子的。這個操作分解開來看是先從堆內存中獲得i值的副本放到緩存中，然后對副本值加1，最后再將副本值寫回到堆內存的變量i中。從這個過程我們可以看到，從堆內存中獲得i(get方法)以及將值寫回到i(set方法)這兩步都是同步的，但中間的就不能保證是同步的了。 對于volatile修飾的變量，只保證了他的可見性，但不保證原子性。最常用的應該是boolean類型，它用來作為狀態標志，因為它只有true和false兩個值，不會有非原子性的操作。當然不是說只能用在布爾類型變量上面，其它的基本類型和對象類型都可以用。但一定需要小心謹慎的處理，以免掉進并發陷阱而不知。比如volatile變量就不適合用于不變性條件這種情況，以上下限為例，lower必須小于upper，這就是一種不變性條件，你可以理解為這是一種規則限制。它們都只有set與get方法，但在set方法里面加入了約束條件，這時，volatile的可見性就不能保證并發時，lower與upper之間的不變性條件(lower<upper)一定成立了。
/*
* volatile只保證lower與upper的最后寫入一定會被其它讀取的線程看到
* 但不能保證在lower或upper寫入時，另一個變量的值沒有發生變化
*/
private volatile int lower;
private volatile int upper;
public int getLower() {
return lower;
}
public int getUpper() {
return upper;
}
public void setLower(int lower) {
if (lower > upper)
throw new IllegalArgumentException();
this.lower = lower;
}
public void setUpper(int upper) {
if (upper < lower)
throw new IllegalArgumentException();
this.upper = upper;
}
如果lower和upper的初始值為0和10，同一時刻，線程1調用setLower(8)，線程2調用setUpper(2)，執行上完全沒問題，但是現在的lower和upper的值就變為了8和2這種無效的數據了，所以volatile只能確保可見性，不能確保原子性。 所以在使用volatile變量時，請考慮是否滿足下面這樣的要求： 1、對變量的寫入操作不依賴變量的當前值(i++這種操作就不行) 2、沒有用于其它變量的不變式條件中(lower<upper) 到這里，我們已經明白了：用volatile修飾的變量只具備可見性，那么它是怎么保證可見性的呢？ 現在大家用的電腦CPU基本上都是多核的，至少兩核，緩存也有很多級(L1、L2、L3)。代碼在JVM里面執行的時候，JVM如果發現有CPU在處理volatile變量的寫入操作，就會告訴該CPU將當前緩存中的數據寫回到堆內存中，但這時其它CPU的緩存值還是舊的，再執行操作就會有問題，所以在處理器的內部實現了緩存一致性協議，當有緩存中的數據寫回內存時會引起其它CPU里這個volatile變量的緩存值無效，如果這時候其它CPU要想使用就必須到堆內存中重新讀取該值，這樣就實現了volatile變量的可見性。我這樣講方便大家理解，實際的情況比這復雜的多。 以上是大象關于volatile變量的一些淺薄見解，真的很淺，大象學藝不精，有什么不對的，還請各位指出來。謝謝！ 本文為菠蘿大象原創，如要轉載請注明出處。http://www.tkk7.com/bolo
posted on 2014-06-20 17:08
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