這期內容當中小編將會給大家?guī)碛嘘P如何解析java多線程volatile內存語義，文章內容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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volatile關鍵字是java虛擬機提供的最輕量級額的同步機制。由于volatile關鍵字與java內存模型相關，因此，我們在介紹volatile關鍵字之前，對java內存模型進行更多的補充（之前的博文也曾介紹過）。

1. java內存模型（JMM）

JMM是一種規(guī)范，主要用于定義共享變量的訪問規(guī)則，目的是解決多個線程本地內存與共享內存的數(shù)據(jù)不一致、編譯器處理器的指令重排序造成的各種線程安全問題，以保障多線程編程的原子性、可見性和有序性。

JMM規(guī)定了所有的變量都存儲在主內存中，每條線程還有自己的工作內存，線程中的工作內存中存儲了該線程用到的變量的主內存的拷貝，各線程對變量的所有操作都必須在工作內存中進行，線程之間的變量值的傳遞都必須通過主內存來進行。

JMM定義了8中操作實現(xiàn)主內存與工作內存的交互協(xié)議：

1）lock：作用于主內存，它把一個變量標識為一條線程的獨占狀態(tài)。　　　　2）unlock：作用于主內存，它把一個處于鎖定狀態(tài)的變量的釋放出來?！　　　?）read：作用于主內存，它把一個變量的值從主內存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內存中。　　　　4）load：作用于工作內存，它把從主內存中read到的值放入工作內存的變量副本中?！　　　?）use：作用于工作內存，它把一個變量的值從主內存?zhèn)鬟f給執(zhí)行引擎　　　　6）assign：作用與工作內存，它把一個從執(zhí)行引擎接收到的值賦值給工作內存的變量?！　　　?）store：作用于工作內存，把工作內存中一個變量的值傳送到主內存。　　　　8）write：作用于主內存，它把store操作從工作內存中得到的值放入主內存中的變量中。

這8中操作以及對著8中操作的規(guī)則的限制就能確定哪些內存訪問在并發(fā)條件下是線程安全的，這種方式比較繁瑣，jdk1.5之后提出了提出了happens-before規(guī)則來判斷線程是否安全。

可以這么理解，happens-before規(guī)則是JMM的核心.Happens-before就是用來確定兩個操作的執(zhí)行順序。這兩個操作可在同一線程中，也可以在兩個線程中。

happens-before規(guī)定：如果一個操作happens-before另個一操作，那么第一個操作的結果對第二個操作可見（但這并不意味著處理器必須按照happens-before順序執(zhí)行，只要不改變執(zhí)行結果，可任意優(yōu)化）。happens-before規(guī)則已在前邊博文中介紹，這里不再重復（http://www.cnblogs.com/gdy1993/p/9117331.html）

JMM內存規(guī)則僅僅是一種規(guī)則，規(guī)則的最終落實是通過java虛擬機、編譯器以及處理器一同協(xié)作來落實的，而內存屏障是java虛擬機、編譯器、處理器之間溝通的紐帶。

而java原因封裝了這些底層的具體實現(xiàn)與控制，提供了synchronized、lock和volatile等關鍵字的來保障多線程安全問題。

2. volatile關鍵字

（1）volatile對可見性的保證

在介紹volatile關鍵字之前，先來看這樣一段代碼：

//線程1    boolean stop = false;    while(!stop) {      doSomething();    }    //線程2    stop = true;

有兩個線程：線程1和線程2，線程1在stop==false時，不停的執(zhí)行doSomething()方法；線程2在執(zhí)行到一定情況時，將stop設置為true，將線程1中斷，很多人采用這種方式中斷線程，但這并不是安全的。因為stop作為一個普通變量，線程2對其的修改，并不能立刻被線程1所感知，即線程1對stop的修改僅僅在自己的工作內存中，還沒來的急寫入主內存，線程2工作內存中的stop并未修改，可能導致線程無法中斷，雖然這種可能性很小，但一旦發(fā)生，后果嚴重。

而使用volatile變量修飾就能避免這個問題，這也是volatile第一個重要含義：

volatile修飾的變量，能夠保證不同線程對這個變量操作的可見性，即一個線程修改了這個變量的值，這個新值對于其他線程是立即可見的。

volatile的對可見性保證的原理：

對于volatile修飾的變量，當某個線程對其進行修改時，會強制將該值刷新到主內存，這就使得其他線程對該變量在各自工作內存中的緩存無效，因而在其他線程對該變量進行操作時，必須從主內存中重新加載

（2）volatile對原子性的保障？

首先來看這樣一段代碼（深入理解java虛擬機）：

public class VolatileTest {  public static volatile int race = 0;  public static void increase() {    race++;  }  public static final int THREAD_COUNT = 20;  public static void main(String[] args) {    Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];    for (Thread t : threads) {      t = new Thread(new Runnable() {        @Override        public void run() {          for(int i = 0; i < 10000; i++) {            increase();          }        }      });      t.start();    }    while(Thread.activeCount() > 1) {      Thread.yield();    }    System.out.println(race);//race < 200000  }}

race是volatile修飾的共享變量，創(chuàng)建20個線程對這個共享變量進行自增操作，每個線程自增的次數(shù)為10000次，如果volatile能夠保證原子性的話，最終race的結果肯定是200000。但結果不然，每次程序運行race'的值總是小于200000，這也側面證明了volatile并不能保證共享變量操作的原子性。原理如下：

線程1讀取了race的值，然后cp分配的時間片結束，線程2此時讀取了共享變量的值，并對race進行自增操作，并將操作后的值刷新到主內存，此時線程1已經(jīng)讀取了race的值，因此保留的依然是原來的值，此時這個值已是舊值，對race進行自增操作后刷新到主內存，因此主內存中的值也是舊值。這也是volatile僅僅能保障讀到的是相對新值的原因。

（3）volatile對有序性的保障

首先來看這樣一段代碼：

//線程1    boolean initialized = false;    context = loadContext();    initialized = true;    //線程2    while(!initialized) {      sleep();    }    doSomething(context);

線程2在initialized變量為true時，使用context變量完成一些操作；線程1負責加載context，并在加載完成后將initialized變量設為true。但是，由于initialized只是一個普通變量，普通變量僅僅能夠保證在該方法的執(zhí)行過程中，所有依賴賦值結果的地方都能獲得正確的值，而不能保證變量的賦值順序與程序代碼的執(zhí)行順序一致。因此就可能出現(xiàn)這樣一種情況，當線程1將initialized變量設為true時，context依然沒有加載完成，但線程2由于讀到initialized為true，就可能執(zhí)行了doSomething()方法，可能會產(chǎn)生非常奇怪的效果。

而volatile的第二個語義就是禁止重排序：　

寫volatile變量的操作與該操作之前的任何讀寫操作都不會被重排序；

讀volatile變量操作與該操作之后的任何讀寫操作都不會重排序。

（4） volatile的底層實現(xiàn)原理

java語言底層是通過內存屏障來實現(xiàn)volatile語義的。

對于volatile變量的寫操作：

①java虛擬機會在該操作之前插入一個釋放屏障（loadstore+storestore）,釋放屏障禁止了volatile變量的寫操作與該操作之前的任何讀寫操作的重排序。

②java虛擬機會在該操作之后插入一個存儲屏障（storeload），存儲屏障使得對volatile變量的寫操作能夠同步到主內存。

對于volatile變量的讀操作：

③java虛擬機會在該操作之前插入一個loadload，使得每次對volatile變量的讀取都從主內存中重新加載（刷新處理器緩存）

④java虛擬機會在該操作之后插入一個獲得屏障（loadstore+loadload），使得volatile后的任何讀寫操作與該操作進行重排序。

①③保障可見性，②④保障有序性。

（5）volatile關鍵字與happens-before的關系

Happens-before規(guī)則中的volatile規(guī)則為：對于一個volatile域的寫happens-before后續(xù)每一個針對該變量的讀操作。

寫線程執(zhí)行write(),然后讀線程執(zhí)行read()方法，圖中每個箭頭都代表一個happens-before關系，黑色箭頭是根據(jù)程序順序規(guī)則，藍色箭頭根據(jù)volatile規(guī)則，紅色箭頭是根據(jù)傳遞性推出的，即操作2happens-before操作3，即對volatile共享變量的更新操作排在后續(xù)讀取操作之前，對volatile變量的修改對后續(xù)volatile變量的讀取可見。

上述就是小編為大家分享的如何解析java多線程volatile內存語義了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

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