Java中volatile关键字实现原理

下面我将详细讲解“Java中volatile关键字实现原理”的完整攻略。

什么是volatile关键字

volatile是Java中的一个关键字，用来修饰变量。当一个变量被volatile修饰时，Java保证所有线程对该变量的写操作都立即同步到主存中，并且保证所有线程对该变量的读操作都从主存中读取值，而不是从线程的私有内存中。

volatile关键字实现原理

volatile关键字实现的原理涉及到Java内存模型(JMM)中的一些概念和规则，下面我们将一一讲解。

Java内存模型

Java内存模型(JMM)定义了Java程序中多线程访问共享内存时的行为规范。在Java内存模型中，每个线程都有自己的工作内存，其中包含了该线程所使用到的变量值的副本。而主存则存储了所有的变量值。每当一个线程想要访问某个变量时，它都必须要先从主存中读取该变量到自己的工作内存中，然后再对该变量进行操作。当该线程执行完操作之后，它再将该变量的值回写到主存中，以便其他线程能够看到它的结果。这一过程称为“读-改-写”。

可见性

在多线程编程中，可见性是一个非常重要的概念。可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了该变量的值，其他线程是否能够立即知道并读取到该变量的最新值。当一个变量没有被volatile修饰时，多线程之间修改该变量的值时，可能会发生值的不一致现象。

如何实现可见性

在Java中，通过synchronized关键字或volatile关键字可以保证多线程之间修改变量的值时的可见性。当一个变量被volatile修饰时，Java保证所有线程对该变量的写操作都立即同步到主存中，并且保证所有线程对该变量的读操作都从主存中读取值，而不是从线程的私有内存中。

volatile关键字如何保证可见性

在Java内存模型中，volatile关键字通过禁止指令重排来保证可见性。我们知道，在Java程序中，编译器和JIT(Just In Time)编译器优化引擎会自动进行指令重排，以提高程序运行的效率。但是，指令重排可能会导致程序的行为发生不一致的现象。为了保证可见性，volatile关键字禁止指令重排，从而能够保证线程对变量值的修改操作是有序的，避免了指令重排导致的可见性问题。

示例说明

示例1

下面是一个使用volatile关键字的示例代码：

public class VolatileExample {
    private volatile int count = 0;

    public void increase() {
        count++;
    }
}

在上述代码中，我们使用volatile关键字修饰了count变量。这样做的目的是让所有线程修改count变量的值时都能够及时地同步到主存中，并且所有线程读取count变量的值也是从主存中读取而不是从线程的私有内存中读取。

示例2

下面是一个未使用volatile关键字的示例代码：

public class nonVolatileExample {
    private int count = 0;

    public void increase() {
        count++;
    }
}

在上述代码中，我们未使用volatile关键字修饰count变量。这样做可能会导致多线程修改count变量的值时出现可见性问题，从而导致线程之间的数据不一致问题。

综上所述，volatile关键字在Java中的作用是保证多线程之间修改变量的值时的可见性。它通过禁止指令重排来保证可见性，从而避免了指令重排导致的可见性问题。