Java中volatile的工作原理是什么

Java中volatile的工作原理是什么，相信很多沒有經(jīng)驗的人對此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

一、前提概要

1、用過這個關(guān)鍵字的童鞋都知道，都知道這個關(guān)鍵字很強大，主要作用是保證變量在多線程之間的可見性；
2、volatile在concurrent包中起著舉足輕重的作用，為大量的并發(fā)類提供了有力的援助；
3、接下來我們從了解CPU緩存開始，然后再深入原理剖析，循序漸進的了解volatile；

二、CPU緩存

2.1 傳輸鏈路

CPU（線程）
--》  CPU緩存（一級、二級、三級緩存等）
--》  主內(nèi)存

大致的傳輸方向就這樣，而且還是必須是雙向傳輸。

2.2 CPU緩存

1、CPU緩存解決了CPU運算速度與內(nèi)存讀者速度不匹配的問題；

2、因為主內(nèi)存訪問通常比較慢，訪問時間大概在幾十到幾百個時鐘，而CPU緩存還有一二三級之分，每個級別的讀者速度雖然很快，
   但還是有訪問速度的區(qū)分，至少比主內(nèi)存的讀者速度快很多，所以CPU緩存它的出現(xiàn)在很大程度上提高了數(shù)據(jù)之間的傳輸；

3、每一級緩存中所存儲的數(shù)據(jù)全部都是下一級緩存中的一部分，這三種緩存的技術(shù)難度和制造成本是相對遞減的，所以其容量也相對遞增；

4、當CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從一級緩存中查找，如果沒有再從二級緩存中查找，如果還是沒有再從三級緩存中或內(nèi)存中查找。
   一般來說每級緩存的命中率大概都有80%左右，也就是說全部數(shù)據(jù)量的80%都可以在一級緩存中找到；

三、原理特性

3.1、可見性

1、淺顯的講，不論線程是如何如何的訪問帶volatile字段的對象，都會訪問到內(nèi)存中最新的一份值，這就是可見性的大致闡述；

2、具體的講，當我們在java代碼中書寫的那行對volatile對象進行寫操作時，JVM會向處理器發(fā)送一條Lock指令，
   Lock指令鎖?。ㄦi總線）確保變量對象所在緩存行數(shù)據(jù)會更新到主內(nèi)存中去，確保更新后如果再有其他線程訪問該對象，
   其他線程一律強制從主內(nèi)存中重新讀取最新的值。

3、因為所有內(nèi)存的傳輸都發(fā)生在一條共享的總線上，并且所有的處理器都能看到這條總線，那么既然所有處理器都能看到這條總線，
   總不至于看見了不干點啥吧？

4、沒錯，每個處理器都會通過一種監(jiān)聽技術(shù)，不停的監(jiān)聽總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以便來檢查自己緩存中的數(shù)據(jù)是否過期。
   當處理器發(fā)現(xiàn)高速緩存中的數(shù)據(jù)對應(yīng)的內(nèi)存地址被修改，會將該緩存數(shù)據(jù)置為失效，當處理器下次訪問該內(nèi)存地址
   數(shù)據(jù)時，將強制重新從系統(tǒng)內(nèi)存中讀取。

5、而且CPU制造商也曾制定了一個這樣的規(guī)則：當一個CPU修改緩存中的字節(jié)對象時，服務(wù)器中其他CPU會被通知，它們的緩存將視為無效。
   當那些被視為無效變量所在的線程再次訪問字節(jié)對象時，則強制再次從主內(nèi)存中獲取最新值。

6、至于第2點提到Lock鎖總線，其實最初采用鎖總線，雖說能解決問題，但是效率地下，一旦鎖總線，其他CPU就得干等著，
   光看不干效率不行嘛。所以后來優(yōu)化成了鎖緩存，效率也高了，開銷也自然就少了，總之Lock目的很明確，確保鎖住的那份值最新，
   且其他持有該緩存的備份處都得失效，其實這種鎖緩存過程的思想也正是緩存一致性協(xié)議的核心思想。

7、綜上所述，所以不論何時不論何地在哪種多線程環(huán)境下，只要你想獲取被volatile修飾過的字段，都能看到最新的一份值，
   這就是可見性的終極描述。

3.2、有序性

1、淺顯的講，A1，A2，A3三塊代碼先后執(zhí)行，A2有一行代碼被volatile修飾過，那么在被反編譯成指令進行重排序時，A2必須等到A1
   執(zhí)行完了才能開始，但是A1內(nèi)部的指令可以支持重排指令；而A3代碼塊的執(zhí)行必須等到A2執(zhí)行完了才能開始，但是A3內(nèi)部的指令可以支持
   重排指令，這就是有序性，只要A2夾在中間，A2必須等A1執(zhí)行完才能干活，A2沒干完活，A3是不允許開工的。

2、具體的講，Lock前綴指令實際上相當于一個內(nèi)存屏障（也成內(nèi)存柵欄），它確保指令重排序時不會把其后面的指令排到內(nèi)存屏障之前的位置，
   也不會把前面的指令排到內(nèi)存屏障的后面；即在執(zhí)行到內(nèi)存屏障這句指令時，在它前面的操作已經(jīng)全部完成。

3、綜上所述，有序不是我們通常說的自然順序，而是在有volatile修飾時，存在類似尊卑等級的先后有序這么一說。

3.3、非原子性

1、本不該拿到臺面上講是不是屬于volatile的特性，因為我們不能認為僅僅只是因為可見性隨處都是最新值，那么就認為是原子性操作。

2、對于第1種想法，簡直是大錯特錯，因為可見性只是將volatile變量這回主內(nèi)存并使得其他CPU緩存失效，但是不帶代表對volatile變量
   回寫主內(nèi)存的動作和對volatile變量的邏輯操作是捆綁在一起的。因此既要邏輯操作，又要寫回主內(nèi)存，這本來就違背了volatile特性
   的本意，所以volatile并不是原子操作的。

看完上述內(nèi)容，你們掌握Java中volatile的工作原理是什么的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！