volatile 关键字 (一)

volatile 关键字 (一)

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    • volatile 关键字 (一)
      • 如何保证变量的可见性?
      • 如何禁止指令重排序?

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如何保证变量的可见性?

在 Java 中,volatile 关键字可以保证变量的可见性,如果我们将变量声明为 volatile ,这就指示 JVM,这个变量是共享且不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。

JMM(Java 内存模型)

JMM(Java 内存模型)强制在主存中进行读取

volatile 关键字其实并非是 Java 语言特有的,在 C 语言里也有,它最原始的意义就是禁用 CPU 缓存。如果我们将一个变量使用 volatile 修饰,这就指示 编译器,这个变量是共享且不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。

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。

如何禁止指令重排序?

在 Java 中,volatile 关键字除了可以保证变量的可见性,还有一个重要的作用就是防止 JVM 的指令重排序。 如果我们将变量声明为 volatile ,在对这个变量进行读写操作的时候,会通过插入特定的 内存屏障 的方式来禁止指令重排序。

在 Java 中,Unsafe 类提供了三个开箱即用的内存屏障相关的方法,屏蔽了操作系统底层的差异:

public native void loadFence();
public native void storeFence();
public native void fullFence();

理论上来说,你通过这个三个方法也可以实现和volatile禁止重排序一样的效果,只是会麻烦一些。

下面我以一个常见的面试题为例讲解一下 volatile 关键字禁止指令重排序的效果。

面试中面试官经常会说:“单例模式了解吗?来给我手写一下!给我解释一下双重检验锁方式实现单例模式的原理呗!”

双重校验锁实现对象单例(线程安全)

public class Singleton {private volatile static Singleton uniqueInstance;private Singleton() {}public  static Singleton getUniqueInstance() {//先判断对象是否已经实例过,没有实例化过才进入加锁代码if (uniqueInstance == null) {//类对象加锁synchronized (Singleton.class) {if (uniqueInstance == null) {uniqueInstance = new Singleton();}}}return uniqueInstance;}
}

uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的, uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行:

  1. uniqueInstance 分配内存空间
  2. 初始化 uniqueInstance
  3. uniqueInstance 指向分配的内存地址

但是由于 JVM 具有指令重排的特性,执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出现问题,但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如,线程 T1 执行了 1 和 3,此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空,因此返回 uniqueInstance,但此时 uniqueInstance 还未被初始化。

大家好,我是xwhking,一名技术爱好者,目前正在全力学习 Java,前端也会一点,如果你有任何疑问请你评论,或者可以加我QQ(2837468248)说明来意!希望能够与你共同进步

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