图解volatile是如何保证可见性

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场景引入

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比如有两个线程,都需要读取data这个变量的值,每个线程都把data这个变量的副本加载到自己的工作内存里,然后每个线程都可以读到data=0这个值。这样,在线程代码运行的过程中,就可以直接从本地缓存里加载变量副本,不需要从主内存加载变量值,性能可以提升。

假如线程A修改data变量的值为1时,然后将这个修改写入自己的本地工作内存。此时,线程A的工作内存里的data值为1,然而,主内存和线程B的内存data值还是0。这就导致,线程A和线程B其实都是操作一个变量data,但是线程A修改了data变量的值之后,线程B是看不到的,一直都是看到自己本地工作内存中的一个旧的副本值。\

yuque_diagram (7).jpg 这就是所谓的Java并发编程中的可见性问题:多个线程并发读写一个共享变量时,有可能某个线程修改了变量的值,但是其他线程看不到,也就是对其他线程不可见。


volatile的作用及原理

只要给data这个变量在定义时加一个volatile,就可以解决可见性的问题。

第一、data变量定义时加了volatile修饰,那么线程A只要修改data变量的值,就会在修改完自己本地工作内存的data变量之后,强制将这个data变量最新的值刷回主内存,必须让主内存里的data变量值立马变成最新的值。

第二、如果此时别的线程的工作内存中有这个data变量的本地缓存,也就是一个变量的副本,那么会强制让其他线程的工作内存中的data变量缓存直接失效过期,不允许再次读取和使用。

第三、如果线程B在代码运行过程中再次需要读取data变量值时,此时尝试从本地工作内存中读取,就会发现data已经过期。此时,就必须重新从主内存中加载data变量最新的值。\

yuque_diagram (8).jpg

对一个变量加了volatile关键字修饰之后,只要一个线程修改了这个变量的值,立马强制刷回主内存。接着强制过期其他线程的本地工作内存中的缓存,最后其他线程读取变量值时,强制重新从主内存来加载最新的值。这样就保证,任何一个线程修改了变量,其他线程立马就可以看见了。


总结

valatile主要作用是保证可见性以及有序性。
有序性涉及到较为复杂的指令重排、内存屏障等,但是volatile是不能保证原子性。如果是多个线程同时修改一个变量的值,那还是可能出现多线程并发的安全问题,导致数据值修改错乱,原子性问题得依赖synchronized、reentrantLock等加锁机制来解决。