深入理解java中的volatile关键字

简介: 深入理解java中的volatile关键字

深入理解 volatile 关键字

在 Java 多线程编程中,volatile 关键字是一个轻量级的同步机制,用于确保变量在多个线程之间的可见性和有序性。本文将深入解析 volatile 的原理、使用场景以及其在并发编程中的作用。

volatile 可以确保当一个线程更新共享变量时,更新操作对其他线程马上可见。当一个变量被声明为 volatile 时,线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者其他地方,而是会把值刷新回主内存。

当其他线程读取该共享变量时,会从主内存重新获取最新值,而不是使用当前线程的工作内存中的值。

1. 什么是 volatile?

volatile 是 Java 提供的一种轻量级同步机制,用于修饰成员变量。被 volatile 修饰的变量在每次被线程访问时,都强制从主内存(Main Memory)中读取,而不是从线程的本地缓存(Local Cache)中读取,并在每次更新时立即刷新到主内存中,从而保证了变量的可见性和有序性。

2. volatile 的内存语义

  • 可见性:当一个线程修改了 volatile 变量的值,新值会立即被刷新到主内存中,其他线程读取该变量时会立即从主内存中读取到最新的值。
  • 有序性:禁止指令重排序优化。即在读写 volatile 变量时,通过内存屏障(Memory Barrier)来防止指令重排序,从而保证代码执行的顺序性。

3. volatile 的原理

volatile 的实现依赖于内存屏障(Memory Barrier),这是一种 CPU 指令,用于禁止特定的指令重排序。现代 CPU 和编译器会对指令进行优化,通过重排序提高性能,但这可能导致多线程程序中的可见性和有序性问题。内存屏障的引入确保了对 volatile 变量的读写操作在多线程环境中的正确性。


在 Java 中,JVM 在生成字节码时会在 volatile 变量的读写操作前后插入内存屏障,从而实现上述内存语义。


感兴趣的同学可以学习下java内存模型链接地址,便于加深了解


Tips:在访问 volatile 变量时不会执行加锁操作,因此也就不会使执行线程阻塞,因此 volatile 变量是一种比 sychronized 关键字更轻量级的同步机制。

4. volatile 的使用场景

4.1 状态标志:用于表示程序或线程的状态变化,如停止标志、开关等。

public class VolatileFlag {
    private volatile boolean flag = false;

    public void stop() {
        flag = true;
    }

    public void run() {
        while (!flag) {
            // 业务逻辑
        }
    }
}

4.2 单例模式: 双重检查锁定(Double-Checked Locking)实现的单例模式。

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

4.3 轻量级的读写锁: 用于实现轻量级的读写锁,如单个写线程和多个读线程的场景。

5. volatile 的局限性

虽然 volatile 可以保证变量的可见性和有序性,但它并不能保证原子性。例如,对于 volatile 修饰的计数器变量,以下操作并不是线程安全的:

public class VolatileCounter {
    private volatile int count = 0;

    public void increment() {
        count++; // 非线程安全
    }
}

对于这类需要原子性操作的场景,应该使用 AtomicInteger 或 synchronized 关键字来确保线程安全。

6. 实际应用

使用 volatile 实现简单的线程安全状态控制

public class VolatileExample {
    private volatile boolean running = true;

    public void start() {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (running) {
                // 执行任务
                System.out.println("Thread is running...");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
            System.out.println("Thread stopped.");
        });
        thread.start();
    }

    public void stop() {
        running = false;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileExample example = new VolatileExample();
        example.start();
        Thread.sleep(5000); // 运行5秒后停止线程
        example.stop();
    }
}

在这个示例中,running 变量被 volatile 修饰,确保在多个线程之间的可见性。当主线程调用 stop 方法时,工作线程能够立即看到 running 的变化,从而停止运行。

7.0 总结

volatile 是 Java 中一种轻量级的同步机制,通过保证变量的可见性和有序性,提供了比 synchronized 更高效的线程间通信方式。尽管如此,volatile 也有其局限性,不能保证原子性操作。因此,在实际应用中,应根据具体场景选择合适的同步机制,以确保并发程序的正确性和性能。


目录
相关文章
|
3月前
|
存储 SQL 缓存
揭秘Java并发核心:深度剖析Java内存模型(JMM)与Volatile关键字的魔法底层,让你的多线程应用无懈可击
【8月更文挑战第4天】Java内存模型(JMM)是Java并发的核心,定义了多线程环境中变量的访问规则,确保原子性、可见性和有序性。JMM区分了主内存与工作内存,以提高性能但可能引入可见性问题。Volatile关键字确保变量的可见性和有序性,其作用于读写操作中插入内存屏障,避免缓存一致性问题。例如,在DCL单例模式中使用Volatile确保实例化过程的可见性。Volatile依赖内存屏障和缓存一致性协议,但不保证原子性,需与其他同步机制配合使用以构建安全的并发程序。
67 0
|
6天前
|
SQL 缓存 安全
[Java]volatile关键字
本文介绍了Java中volatile关键字的原理与应用,涵盖JMM规范、并发编程的三大特性(可见性、原子性、有序性),并通过示例详细解析了volatile如何实现可见性和有序性,以及如何结合synchronized、Lock和AtomicInteger确保原子性,最后讨论了volatile在单例模式中的经典应用。
11 0
|
2月前
|
缓存 Java 编译器
JAVA并发编程volatile核心原理
volatile是轻量级的并发解决方案,volatile修饰的变量,在多线程并发读写场景下,可以保证变量的可见性和有序性,具体是如何实现可见性和有序性。以及volatile缺点是什么?
|
3月前
|
安全 Java 编译器
Java 中的 volatile 变量
【8月更文挑战第22天】
27 4
|
3月前
|
缓存 安全 Java
Java里为什么单利一定要加volatile呢?
【8月更文挑战第11天】Java里为什么单利一定要加volatile呢?
29 3
|
3月前
|
缓存 安全 Java
Java里volatile底层是如何实现的?
【8月更文挑战第11天】Java里的volatile底层是如何实现的?
25 2
|
4月前
|
存储 SQL Java
Java实现关键字模糊查询的高效方法及实践
实现关键字模糊查询的方法有多种,每种方法都有其适用场景。在选择合适的方法时,应考虑实际需求、数据量大小、性能要求等因素。正则表达式适用于处理简单文本或小数据集;数据库模糊查询适用于存储在RDBMS中的数据;而第三方库,则适合需要进行复杂搜索的大型项目。选用合适的工具,可以有效提升搜索功能的性能和用户体验。
73 6
|
3月前
|
安全 Java
|
4月前
|
算法 Java API
多线程线程池问题之synchronized关键字在Java中的使用方法和底层实现,如何解决
多线程线程池问题之synchronized关键字在Java中的使用方法和底层实现,如何解决
|
3月前
|
缓存 Java 编译器
Java中的volatile 变量是什么
【8月更文挑战第10天】Java中的volatile 变量是什么
47 0