作者:鱼仔
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公众号:Java鱼仔

（一）概述

要了解并发编程，首先就需要了解并发编程的三大特性：可见性、原子性和有序性。 我们今天要讲的volatile保证了可见性和有序性，但是不保证原子性。接下来会通过几段代码和几张图来强化对volatile的了解。

（二）volatile保证可见性

在讲JMM的时候，我们写了一段程序，并知道了两个不同线程之间操作数据是不可见的，即线程B修改了主内存中的共享变量后，线程A是不知道的。这就是线程之间的不可见性。

public class Test {
    private static boolean flag=false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("waiting");
                while (!flag){}
                System.out.println("in");
            }
        }).start();

        Thread.sleep(2000);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("change flag");
                flag=true;
                System.out.println("change success");
            }
        }).start();
    }
}

这段代码的结果是第二个线程修改flag的值不会被第一个线程见到

现在我们做个小小的改变，给flag加上volatile修饰词

private static volatile boolean flag=false;

对volatile原理的理解还是需要借助JMM，我们拿上来第一段代码的执行流程图：

这是未加volatile时的执行过程，最后会停留在第十步，flag会变成true，但是线程A不知道。

加上volatile后，当主内存的flag被改变时，volatile通过cpu的总线嗅探机制，将其他也正在使用该变量的线程的数据失效掉，使得这些线程要重新读取主内存中的值，最后线程A就发现flag的值被改变了。

（三）Volatile保证有序性

Volatile通过内存屏障禁止指令的重排序，从而保证执行的有序性。具体的内容我在指令重排序和内存屏障的时候讲到了，有兴趣的小伙伴可以看一下。

（四）Volatile不保证原子性

首先还是拿出一段代码，这段代码很简单，定义一个count，并且用volatile修饰。接着创建十个线程，每个线程循环1000次count++ ：

public class VolatileAtomSample {
    private static volatile int count=0;
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++) {
                        count++;
                    }
                }
            }).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);
    }
}

最后无论执行多少次，你会发现最后输出的count绝大多数都是小于10000，现象已经体现出了volatile不能保证原子性，但是为什么呢？

还是通过一个流程图来表示，当线程A执行完count+1后，将值写回到主内存，这个时候由于volatile的可见性，其他工作内存中的count值会被失效掉重新赋值。

可如果线程B刚好执行到第四步呢，线程B工作内存中的count因为volatile变成了1，assign赋值后的count还是等于1，在这里直接少了一次count++。这就是volatile不能保证原子性的原因。

（五）Volatile的使用场景

通过一个很经典的场景来展示一下volatile的应用，双重校验单例：

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

上面这段代码相信大家肯定很熟悉，单例模式最经典的一段代码，获取实例对象时如果为空就初始化，如果不为空就返回实例，看着没有问题，但是在高并发环境下这段代码是会出问题的。 Instance=new Singleton(); 实例化一个对象时，需要经历三步：

注意，这三步是有可能发生指令重排序的，因此有可能是先申请内存空间，再把对象赋值到内存里，最后实例化对象。第一步->第三步->第二步的方式来执行。

当此时有两个线程A和B同时申请对象的时候，当线程A执行到重排序后的第二步时

线程B执行了if (Instance==null)这行代码，因为此时instance已经赋值到内存里了，所以会直接return Instance; 但是！这个对象并没有被实例化，因此线程B调用该实例时，就报错了。

这个问题的解决办法就是volatile禁止重排序

private static volatile Singleton Instance;

（六）Volatile可能会导致的问题

凡事都讲究一个度，volatile也是。如果一个程序中用了大量的volatile，就有可能会导致总线风暴，所谓总线风暴，就是指当volatile修饰的变量发生改变时，总线嗅探机制机会将其他内存中的这个变量失效掉，如果volatile很多，无效交互会导致总线带宽达到峰值。因此对volatile的使用也需要适度。