Java併發之volatile關鍵字內存可見性問題
線程之間數據共享案例
我們先來看一個場景：
Main函數啟動後，調用一個線程向list中添加數據。List的size為5的時候，設置變量flag為true.然後，主線程根據flag的值進行其他操作。
代碼如下：
運行結果：
我們發現，當子線程輸出flag為ture後，主線程也沒有輸出=====。
這是為什麼呢？
線程在內存中運行簡圖
我們來看看上面程序在內存中怎麼運行的
運行說明：
當程序運行的時候，先從main函數，主線程開始的，main線程先將flag=false 複製到自己程序的內存中;
這個時候開啟了子線程，子線程同樣將flag=false複製到自己程序內存中，在執行自己內部代碼後，修改了flag的值，回寫到主內存中(相對於程序自己的內存來說，內存中的數據是主內存。程序自己的內存其實就是複製了一份主內存的數據)。
如下圖：
因為main線程沒有刷新，沒有從主線程獲取最新的flag的值。所以，控制檯上始終不能輸出===。
結果分析
那麼為什麼會出現這種情況呢？【這裡就需要知道兩個概念：編譯器和寄存器】
那是因為編譯器會自動優化的結果。
編譯器優化：在線程內，當讀取到一個變量的時候，為了提高讀寫(存取)的速度，編譯器在優化的時候，會先把變量讀取到一個寄存器(對應上圖子線程自己的內存或者是main線程自己的內存)中；以後在取這個變量的時候，就直接從寄存器中獲取了;
當變量的值在本線程裡面改變的時候，會同時把變量的新值同步到該寄存器中，以便保持一致；同時JVM就會向處理器發送一條指令，將這個變量所在的寄存器的值回寫到系統內存(對應上圖中的主內存)中。
造成數據不一致的原因：
當變量再因為別的其他線程操作而改變了值，該寄存器的值不會相應的改變，從而造成應用程序讀取的值和實際的變量值不一致(如上圖案例中，子線程修改了flag的值，但不會修改main線程寄存器裡面的值。這個是站在變量角度來說的)；
或者當該寄存器再因為別的其他線程改變了變量的值，原來變量的值不會改變，從而造成了應用程序讀取的值和實際的變量值不一致(這個是從寄存器角度來說的。如上圖案例中，main線程的寄存器裡面是false，但是子線程已經修改成了ture).
從上面案例中，我們發現無論是主線程main函數還是子線程thread都是對變量flag進行操作的。這個時候，我們就說變量flag是線程之間共享數據了。而主內存(也就是系統內存非程序自己需要的內存)flag變量對所有共享這個變量的線程來說，都應該是可見的才可以。
那麼這個時候，在Java中怎麼實現線程之間共享數據的內存可見性呢？這裡就是我們今天需要講解的關鍵字：volatile。【ps:還有其他方案可以解決，如同步鎖】
Volatile關鍵字
Volatile中文意思：易變的;不穩定的
Volatile關鍵字是一種類型修飾符，用它來聲明的變量表示不可以別編譯器未知因素更改。當編譯器在編譯過程中，遇到這個關鍵字聲明的變量的時候，便一切都會對訪問該變量的代碼不再進行優化，從而可以提供特殊的地址來保證穩定訪問。
通俗理解：當JVM遇到該關鍵字修飾的變量的時候，就會不允許編譯器和處理器對指令序列進行重排(默認為了優化性能，JVM允許編譯器和處理器對指令序列進行重排的)。
JVM對編譯器指定的volatile規則表：
我們將flag用volatile修飾後，在運行程序，查看運行後結果：
我們可以看到，主線程輸入了===，子線程也輸出了當前標記為true。說明volatile起作用了。
Volatile和Synchronized 關鍵字的區別
1：Volatile是輕量級的同步策略；Synchronized是重量級的；
2：volatile不具備互斥性的，Synchronize是互斥的；
3：volatile不能夠保證變量的原子性。
Volatile的使用場景
必備條件
在使用volatile的時候需要滿足以下兩個條件：
1：對變量的寫操作不能依賴於當前的值。
比如上文中flag的值修改成true的時候，不受當前flag值的影響
2：該變量不能被包含在具有其他變量的不變式中。
比如int i ;y=i+1;這種情況不允許的。這個變量不能被其他變量作為不變式用。
只有在狀態真正的獨立於程序內其他內容的時候才可以使用volatile.
適用於場景一：狀態標誌
場景二：開銷較低的讀－寫鎖策略
場景三：單例中的雙重校驗
總結
Volatile可以解決多線程操作共享數據時候解決內存可見性問題。
簡單理解：被volatile修飾的變量，編譯器不會去優化調用該變量的程序(也就是不會把變量放到調用程序的寄存器中)，程序調用的時候都是實時從主內存中獲取到最新的數據。
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