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volatile关键字详解( 三 )

volatile关键字


在Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型（Java Memory Model，JMM）来屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果 。那么Java内存模型规定了哪些东西呢，它定义了程序中变量的访问规则，往大一点说是定义了程序执行的次序 。注意，为了获得较好的执行性能，Java内存模型并没有限制执行引擎使用处理器的寄存器或者高速缓存来提升指令执行速度，也没有限制编译器对指令进行重排序 。也就是说，在java内存模型中，也会存在缓存一致性问题和指令重排序的问题 。
Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中（类似于前面说的物理内存），每个线程都有自己的工作内存（类似于前面的高速缓存） 。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作 。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存 。
举个简单的例子：在java中，执行下面这个语句：
i= 10;执行线程必须先在自己的工作线程中对变量i所在的缓存行进行赋值操作，然后再写入主存当中 。而不是直接将数值10写入主存当中 。
那么Java语言 本身对 原子性、可见性以及有序性提供了哪些保证呢？
① 原子性
在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行 。
上面一句话虽然看起来简单，但是理解起来并不是那么容易 。看下面一个例子i：
请分析以下哪些操作是原子性操作：
x = 10;//语句1y = x;//语句2x++;//语句3x = x + 1;//语句4咋一看，有些朋友可能会说上面的4个语句中的操作都是原子性操作 。其实只有语句1是原子性操作，其他三个语句都不是原子性操作 。
语句1是直接将数值10赋值给x，也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中 。
语句2实际上包含2个操作，它先要去读取x的值，再将x的值写入工作内存，虽然读取x的值以及 将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作，但是合起来就不是原子性操作了 。
同样的，x++和 x = x+1包括3个操作：读取x的值，进行加1操作，写入新的值 。
所以上面4个语句只有语句1的操作具备原子性 。
也就是说，只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作 。
不过这里有一点需要注意：在32位平台下，对64位数据的读取和赋值是需要通过两个操作来完成的，不能保证其原子性 。但是好像在最新的JDK中，JVM已经保证对64位数据的读取和赋值也是原子性操作了 。
从上面可以看出，Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现 。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性 。
② 可见性
对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性 。
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值 。
而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性 。
另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中 。因此可以保证可见性 。
③ 有序性
在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性 。
在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”（具体原理在下一节讲述） 。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性 。
另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 hAppens-before 原则 。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序 。


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