Java多线程Volatile内存语义解析

什么是Volatile

在Java多线程中，Volatile是一种关键字，用来修饰变量，用于实现多线程之间的可见性和有序性。

当一个变量被声明为Volatile时，Java虚拟机保证每个线程修改了这个变量后，其他线程能够立即看到修改的结果，即保证了可见性。此外，Volatile还会影响指令和执行顺序，保证了有序性。

内存语义

Volatile的可见性和有序性是建立在Java的内存模型之上的。Java内存模型描述了Java程序如何在多线程中协作处理内存数据。内存模型决定了变量值的可见性以及线程之间的通信机制。

内存模型中，Java虚拟机为每个线程维护一个独立的工作内存，当线程需要读写共享变量时，需要将变量从主内存中拷贝到工作内存中进行操作。这个操作称为load/store。

Volatile会影响load/store操作的指令和执行顺序，从而保证了可见性和有序性。

Volatile的使用场景

通常情况下，如果一个共享变量被多个线程所访问，那么这个变量必须使用Volatile关键字进行修饰，以保证线程之间的可见性和有序性。

以下是一个简单的示例代码：

public class VolatileExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void write() {
        flag = true; // 语句1
    }

    public void read() {
        while (!flag) // 语句2
            ;
    }
}

在上面的代码中，flag变量被声明为Volatile，确保写线程的改动对读线程的立即可见性和有序性。

Volatile的局限性

Volatile虽然可以实现多线程可见性和有序性，但是其并不能保证原子性。因此，在多线程并发修改共享变量时，依旧需要使用synchronized或者Lock等同步机制来保证原子性。

以下是一个简单的示例代码：

public class VolatileExample {
    private volatile int count = 0;

    public void increase() {
        count++; // 非原子操作
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在上面的代码中，count变量被声明为Volatile，确保多线程读取的可见性和有序性，但是对count的自增不是原子操作，因此在并发修改count时会出现数据不一致的情况。

为了解决这个问题，可以使用synchronized关键字进行同步控制，如下所示：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;

    public synchronized void increase() {
        count++; // 原子操作
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

总结

Volatile是Java多线程编程中非常重要的一个概念，用于解决多线程之间的可见性和有序性问题。需要注意的是，Volatile并不能保证原子性，因此在并发修改共享变量时，依旧需要使用同步机制来保证线程安全。

示例1：更全面的讲解Java内存模型以及Volatile实现可见性和有序性的原理，请移步这篇文章：深入理解Java内存模型

示例2：在Java 8中，Volatile的实现机制有所改变，请移步这篇文章深入了解Java8中的Volatile：Java8中的Volatile