volatile 是并發(fā)編程中的重要關鍵字，它的名氣甚至是可以與 synchronized、ReentrantLock 等齊名，也是屬于并發(fā)編程五杰之一。

需要注意的是 volatile 并不能保證原子性，因此使用 volatile 并沒有辦法保證線程安全。

并發(fā)編程五杰：

PS：“并發(fā)編程五杰”是我個人起的名字，大家也不用太當真。

1.什么是 volatile？

volatile 是 Java 中的一個關鍵字，用于修飾變量，它的主要作用是保證變量的可見性和禁止指令重排序。

• 可見性：是指當一個線程修改了一個被 volatile 修飾的變量時，其他線程能夠立即看到這個修改。
• 禁止指令重排序：則是確保對 volatile 變量的讀寫操作不會被編譯器或處理器隨意重新排序，從而保證了程序執(zhí)行的順序符合我們的預期。

2.volatile 工作原理

為了實現(xiàn)可見性，Java 內(nèi)存模型（JMM）會在對 volatile 變量進行寫操作時，強制將工作內(nèi)存中的值刷新到主內(nèi)存，并在讀取時強制從主內(nèi)存中重新獲取最新的值。

而禁止指令重排序是通過在編譯器和處理器層面添加特定的內(nèi)存屏障指令來實現(xiàn)的。

具體來說。

（1）可見性實現(xiàn)原理

可見性：在計算機編程特別是多線程編程中，“可見性”指的是一個線程對共享變量的修改，對于其他線程是否能夠及時地、準確地“可見”，即其他線程是否能夠及時感知到這個修改并獲取到最新的值。

例如，在一個多線程環(huán)境中，如果線程 A 修改了一個共享變量的值，而線程 B 無法立即看到這個修改，那么就存在可見性問題。

多線程操作共享變量流程如下：

volatile 是通過內(nèi)存屏障（Memory Barrier）來確保可見性。

• 寫屏障（Store Barrier）：在 volatile 變量的寫操作之后插入寫屏障，確保所有之前的寫操作都同步到主內(nèi)存中，從而使得其他線程在讀取該變量時能夠獲取到最新的值。
• 讀屏障（Load Barrier）：在 volatile 變量的讀操作之前插入讀屏障，確保所有之前的寫操作都已完成，從而讀取到的是最新的值。

通過這種方式，volatile 變量在多線程環(huán)境下的讀寫操作能夠保持較高的可見性，但需要注意的是，volatile 并不保證操作的原子性。

具體來說，volatile 內(nèi)存可見性主要通過 lock 前綴指令實現(xiàn)的，它會鎖定當前內(nèi)存區(qū)域的緩存（緩存行），并且立即將當前緩存行數(shù)據(jù)寫入主內(nèi)存（耗時非常短），回寫主內(nèi)存的時候會通知其他線程緩存了該變量的地址失效，從而導致其他線程需要重新去主內(nèi)存中重新讀取數(shù)據(jù)到其工作線程中。

（2）有序性實現(xiàn)原理

volatile 的有序性是通過插入內(nèi)存屏障，在內(nèi)存屏障前后禁止重排序優(yōu)化，以此實現(xiàn)有序性的。

（3）正確理解“內(nèi)存屏障”？

volatile 保證可見性的“內(nèi)存屏障”和保證有序性的“內(nèi)存屏障”有什么區(qū)別呢？

在說它們的區(qū)別之前，我們現(xiàn)需要對“內(nèi)存屏障”有一個大致的理解。

內(nèi)存屏障，簡單來說，就像是在內(nèi)存操作中的一道“關卡”或者“柵欄”。

想象一下，計算機在執(zhí)行程序的時候，為了提高效率，可能會對指令的執(zhí)行順序進行一些調(diào)整。但是在多線程或者多核心的環(huán)境下，這種隨意的調(diào)整可能會導致一些問題。

內(nèi)存屏障的作用就是阻止這種隨意的調(diào)整，確保特定的內(nèi)存操作按照我們期望的順序執(zhí)行。

所以“內(nèi)存屏障”本身只是一種“技術”，而這種“技術”可以實現(xiàn)很多“業(yè)務功能”。

這就像 Spring 中的 AOP 一樣，AOP 是一種“技術”，而這種技術可以實現(xiàn)很多業(yè)務功能。例如，針對日志處理可以使用 AOP、針對用戶鑒權可以使用 AOP 等，而內(nèi)存屏障也是一樣，我們可以使用內(nèi)存屏障實現(xiàn)可見性的“業(yè)務功能”，也可以實現(xiàn)有序性的“業(yè)務功能”等。

3.volatile 適用場景

volatile 常見場景有以下兩種：

• 狀態(tài)標記
• 單例模式中的雙重檢查鎖

具體來說。

（1）狀態(tài)標記

例如，在多線程環(huán)境中用于表示某個任務是否完成的標志變量，具體代碼如下：

volatile boolean isTaskFinished = false;

（2）單例模式中的雙重檢查鎖

class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

4.volatile 局限性

volatile 并不能保證原子性，也就是并不能保證線程安全。

例如，對于 i++ 這樣的操作，它不是一個原子操作，單純使用 volatile 修飾 i 并不能保證線程安全。