多线程之volatile

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-10-06 17:53 72阅读 0赞

**目录**

volatile三个特性：

volatile禁止指令重排：

（1）指令重排有序性：

（2）禁止指令重排底层原理：

volatile使用场景

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volatile字面意思易变的，不稳定的。当volatile修饰变量时意味着这种变量的读写必须从主内存中读取，以保证读取最新的值。因此volatile修饰的变量不会去寄存器存储，都是内存操作。

### volatile三个特性： ###

*  保证可见性
 *  **不保证原子性**
 *  禁止指令重排

### volatile禁止指令重排： ###

####    （1）指令重排有序性： ####

计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会做指令重排，一般分为以下三种：

![20190421125353566.png][]

单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行结果一致。

处理器在进行指令重排序时必须考虑指令之间的数据依赖性

多线程环境中线程交替执行，由于编译器指令重排的存在，两个线程使用的变量能否保证一致性是无法确认的，结果无法预测。

指令重排案例分析one：

public void mySort() {
            int x = 11; // 语句1
    
            int y = 12; // 语句2
    
            x = x + 5; // 语句3
    
            y = x * x; // 语句4
    
        }
    
        // 指令重排之后，代码执行顺序有可能是以下几种可能？
    
        // 语句1 -> 语句2 -> 语句3 -> 语句4
    
        // 语句1 -> 语句3 -> 语句2 -> 语句4
    
        // 语句2 -> 语句1 -> 语句3 -> 语句4
    
        // 问题：请问语句4可以重排后变为第1条吗？
    
        // 不能，因为处理器在指令重排时必须考虑指令之间数据依赖性。

指令重排案例分析two：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xvbmdnZXFpYW9qaWUzMDQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

指令重排案例分析three：

public class BanCommandReSortSeq {
        int a = 0; 
    
        boolean flag = false; 
    
        public void methodOne() {
            a = 1;  // 语句1
    
            flag = true;    // 语句2
    
            // methodOne发生指令重排，程序执行顺序可能如下：
    
            // flag = true;    // 语句2
    
            // a = 1;  // 语句1
    
        }
    
    
        public void methodTwo() {
            if (flag) {
                a = a + 5;  // 语句3
    
            }
            System.out.println("methodTwo ret a = " + a);
    
        }
    
        // 多线程环境中线程交替执行，由于编译器指令重排的存在，两个线程使用的变量能否保证一致性是无法确认的，结果无法预测。
    
        // 多线程交替调用会出现如下场景：
    
        // 线程1调用methodOne，如果此时编译器进行指令重排
    
        // methodOne代码执行顺序变为：语句2（flag=true） -> 语句1（a=5）
    
        // 线程2调用methodTwo，由于flag=true，如果此时语句1还没有执行（语句2 -> 语句3 -> 语句1 ），那么执行语句3的时候a的初始值=0
    
        // 所以最终a的返回结果可能为 a = 0 + 5 = 5，而不是我们认为的a = 1 + 5 = 6;
    
    }

#### （2）禁止指令重排底层原理： ####

volatile实现禁止指令重排优化，从而避免多线程环境下程序出现乱序执行的现象。

先了解下概念，内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：

*  保证特定操作执行的顺序性；
 *  保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile内存可见性）

volatile实现禁止指令重排优化底层原理：

由于编译器和处理器都能执行指令重排优化。如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排，也就是说通过插入内存屏障，就能禁止在内存屏障前后的指令执行重排优化。内存屏障另外一个作用就是强制刷出各种CPU的缓存数据，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。

左边：写操作场景：先LoadStore指令，后LoadLoad指令。

右边：读操作场景：先LoadLoad指令，后LoadStore指令。

### volatile使用场景 ###

单例模式(DCL-Double Check Lock双端检锁机制)

如果此时你也把volatile禁止指令重排底层原理也解释清楚了，面试官可能会接着问你，你知道volatile使用场景吗？

单例模式(DCL-Double Check Lock双端检锁机制)就是它的使用场景

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