volatile修饰的变量的认识和理解

　　一、volatile概念

　　谈到volatile，理解原子性和易变性是不同的概念这一点很重要，volatile是轻量级的锁，它只具备可见性，但没有原子特性。如果你将一个域声明为volatile，那么只要对这个域产生了写操作，所有的读操作都可以看到这个修改，即便使用了本地缓存也一样，volatile会被立即写入到主内存中，而读的操作就发生在主内存中。在非volatile域上的原子操作不必刷新到主内存中，所以读操作的任务看不到这个值，如果多个任务在同时访问某个域，那么这个域就应该是volatile，否则这个域就应该经过同步来访问，同步也会导致向主内存中刷新。

　　使用volatile而不是synchronize的唯一安全的情况就是类中只有一个可变的域。个人认为，第一选择应该是synchronize，这应该最安全的方式 。如果并发水平不高，最好还是不要使用。

　　二、volatile变量的使用

　　在使用volatile变量时，应当考虑是否满足下面这样的要求：

　　对变量的写入操作不依赖变量的当前值

　　说白了volatile 变量不能用作线程安全计数器，类似于i++这种增量操作。增量操作符++不是原子的。这个操作分解开来看是先从堆内存中获得i值的副本放到缓存中，然后对副本值加1，最后再将副本值写回到堆内存的变量i中，是一个由读取－修改－写入操作序列组成的组合操作。

　　没有用于其它变量的不变式条件中（lower小于upper）

　　/*

　　* volatile只保证lower与upper的最后写入一定会被其它读取的线程看到

　　* 但不能保证在lower或upper写入时，另一个变量的值没有发生变化

　　*/

　　private volatile int lower;

　　private volatile int upper;

　　public int getLower（） {

　　return lower;

　　}

　　public int getUpper（） {

　　return upper;

　　}

　　public void setLower（int lower） {

　　if （lower 》 upper）

　　throw new IllegalArgumentException（）;

　　this.lower = lower;

　　}

　　public void setUpper（int upper） {

　　if （upper 《 lower）

　　throw new IllegalArgumentException（）;

　　this.upper = upper;

　　}1234567891011121314151617181920212223242526

　　volatile变量就不适合用于不变性条件这种情况，以上下限为例，lower必须小于upper，这就是一种不变性条件，你可以理解为这是一种规则限制。它们都只有set与get方法，但在set方法里面加入了约束条件，这时，volatile的可见性就不能保证并发时，lower与upper之间的不变性条件（lower小于upper）一定成立了。

　　曾经见到过这样的一个面试题：

　　volatile 能使得一个非原子操作变成原子操作吗？

　　答案是能的，在基本数据类型中long和double是非原子性的，double 和 long 都是64位宽，因此对这两种类型的读是分为两部分的，第一次读取第一个 32 位，然后再读剩下的 32 位，如果一个线程正在修改该 long 变量的值，另一个线程可能只能看到该值的一半（前 32 位）。但是将long与double加上volatile ，对变量的读写是原子性的

　　三、volatile的作用

　　volatile不是保护线程安全的。它保护的是变量安全。主要的功能是保护变量不被主函数和中断函数反复修改造成读写错误。

　　volatile具备两种特性：

　　保证此变量对所有线程的可见性，指一条线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程来说是可见的，但并不是多线程安全的。

　　禁止指令重排序优化。

　　Volatile和Synchronized四个不同点：

　　1 粒度不同，后者锁对象和类，前者针对变量

　　2 syn阻塞，volatile线程不阻塞

　　3 syn保证三大特性，volatile不保证原子性

　　4 syn编译器优化，volatile不优化

　　四、Volatile变量的使用

　　volatile变量的读写对所有线程立即可见

　　只是读和写一步，复杂的运算不能保证对其他线程可见，因为复杂的运算可能会被编译成多条指令，JMM只保证，volatile变量从工作内存写回到主存是对其他线程可见的。先看一个具体的例子。

　　static volatile int i = 0;

　　// -XX：+PrintGC

　　// -XX：+PrintGCDetails

　　// -Xms20m

　　// -Xmn10m

　　// -Xmx20m

　　// -XX：+UseSerialGC

　　// -XX:MaxTenuringThreshold=15

　　// -XX：-HandlePromotionFailure

　　// -XX：+PrintHeapAtGC

　　public static void main（String［］ args） {

　　int a = i++;

　　}1234567891011121314

　　编译后的指令

　　

　　JMM只是能够保证（并不一定能够保证，但是一条字节码的指令也是由若干机器指令完成的，但是能够说明问题了）getstatic 和 putstatic volatile变量的时候是原子的，至于中间的一些列操作，并不能够保证再次期间没有其他线程对i操作生成脏数据。也就是，JMM保证get操作的值是当前内存中最新的，以及put之后内存中i的对其他内存可见。

　　禁止指令的重排序

　　这一点，《java并发编程的艺术》一书中讲的比较详细。

　　重排序分为编译器重排序和处理器重排序。为了实现volatile内存语义，JMM会分别限制这两种类型的重排序类型。JMM针对编译器制定的volatile重排序规则见下表。

　　

　　个人总结来说，

　　volatile的读下面的任何操作都不能重排序到volatile读操作的上方，volatile上面的普通读写可重排序到下方。

　　volatile的写上面的任何操作都不能重排序到volatile写操作的下方，volatile下面的普通读写可重排序到上方。

　　任何两个volatile的读写顺序不能重排。

　　为了实现上述的volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。（StoreStore等屏障的介绍见文章最后）

　　在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。

　　在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。

　　在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。

　　在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

　　插入屏障后的效果见下图

　　

　　LoadLoad屏障用来禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通读重排序。LoadStore屏障用来禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通写重排序。

　　

　　StoreStore屏障可以保证在volatile写之前，其前面的所有普通写操作已经对任意处理器可见了。这是因为StoreStore屏障将保障上面所有的普通写在volatile写之前刷新到主内存。

　　这里比较有意思的是，volatile写后面的StoreLoad屏障。此屏障的作用是避免volatile写与后面可能有的volatile读/写操作重排序。因为编译器常常无法准确判断在一个volatile写的后面是否需要插入一个StoreLoad屏障（比如，一个volatile写之后方法立即return）。为了保证能正确实现volatile的内存语义，JMM在采取了保守策略：在每个volatile写的后面，或者在每个volatile读的前面插入一个StoreLoad屏障。从整体执行效率的角度考虑，JMM最终选择了在每个volatile写的后面插入一个StoreLoad屏障。因为volatile写-读内存语义的常见使用模式是：一个写线程写volatile变量，多个读线程读同一个volatile变量。当读线程的数量大大超过写线程时，选择在volatile写之后插入StoreLoad屏障将带来可观的执行效率的提升。从这里可以看到JMM在实现上的一个特点：首先确保正确性，然后再去追求执行效率。

　　上面这段话引自《java并发编程的艺术》一书，但是不是很明白，volatile的写前面的所有操作都不得拍到volatile写之后，为什么这里只加入了Store-Store屏障呢，这样普通读不就可以重拍到volatile写的下方了？？？？？？

　　如果，volatile读的上面还有volatile读，因为volatile读下面都会插入load-load屏障，所以两者不会重排。如果volatile读的上面还有volatile写，volatile写后面加入了store-load，所以下面的volatile读不能能与之重排序。

　　屏障介绍：