Java 高效并发之volatile关键字解析

摘录

1、

　　计算机在执行程序时，每条指令都是在CPU中执行的，而执行指令过程中，势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存（物理内存）当中的，这时就存在一个问题，由于CPU执行速度很快，而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多，因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行，会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。也就是，当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。

　　Java内存模型规定所有的变量（这里的变量指共享变量，存在线程间的访问竞争，包括实例字段、静态字段、构成数组的元素，但不包括局部变量与方法参数因为它们是线程私有的不会被共享）都是存在主存当中（类似于前面说的物理内存），每个线程都有自己的工作内存（类似于前面的高速缓存）。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。

Java内存模型中的操作指令（8个，都是原子操作）：lock、unlock、read、load、use、assign、store、write

Java内存模型与硬件内存模型的类比关系如下：

class Test extends Thread {
static volatile int num = 0;

public static void increament() {
num++;
}

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
int loopCount = 10, increamentPerLoop = 1000;
long timeStart = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < loopCount; i++) {
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
for (int i = 0; i < increamentPerLoop; i++) {
increament();
}
}
}).start();
}
while (Thread.activeCount() > 1) {
Thread.yield();
}
System.out.printf("num:%d, time used:%dms\n", num, (System.currentTimeMillis() - timeStart));// num结果不是loopCount*increamentPerLoop，说明volatile没有确保原子性。其原因是虽然确保每次访问num得到的是最新的值，但num++不是原子操作，导致多线程并行时num的更新可能被覆盖
}

}

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volatile的原理和实现机制：

“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，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。

总结：

原子性：synchronized

可见性：volatile、synchronized、final

有序性：volatile、synchronized

参考资料

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

《深入理解Java虚拟机》