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volatile 关键字

volatile 的作用​

  1. 使用 volatile 关键字会强制将修改的值立即写入主存。当线程 2 对变量进行修改时，会导致线程 1 的工作内存中缓存变量的缓存无效；线程 1 会重新从主存中读取变量的值。
  2. 禁止指令重排

指令重排的示例

public static Singleton getSingleton() {
    if (instance == null) {                         //Single Checked
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {                 //Double Checked
                // 这一步会出现指令重排
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance ;
}

instance = new Singleton(); 处会出现指令重排。

这句代码分为三步

  1. 分配内存地址
  2. 调用构造方法初始化成员变量
  3. 将对象指向分配的内存地址。

第 2、3 步会出现指令重排，无法保证 2、3 的执行顺序，可能时 1-2-3、也可能是 1-3-2。

如果在线程执行 1-3 时，另一个线程执行了 if (instance == null) 判断，就会返回一个未初始化的对象。这样会报错。

volatile 的实现​

加了 volatile 关键字的汇编代码会多出一个 lock 前缀指令

lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏) ，内存屏障会提供3个功能：

  1. 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
  2. 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
  3. 如果是写操作，它会导致其他 CPU 中对应的缓存行无效。

synchronized 关键字和 volatile 关键字的区别​

  • volatile 关键字是线程同步的轻量级实现，所以 volatile 性能肯定比 synchronized 关键字要好。
  • volatile 关键字只能用于变量而 synchronized 关键字可以修饰方法以及代码块。
  • 多线程访问 volatile 关键字不会发生阻塞，而 synchronized 关键字可能会发生阻塞
  • volatile 关键字能保证数据的可见性，但不能保证数据的原子性。synchronized 关键字两者都能保证
  • volatile 关键字主要用于解决变量在多个线程之间的可见性，而 synchronized 关键字解决的是多个线程之间访问资源的同步性。