Java 理论与实践: 正确使用 Volatile 变量("Java进阶攻略：深入理解与正确应用Volatile变量")

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ithorizon 6个月前 (10-21) 阅读数 40 #后端开发

Java进阶攻略：深入懂得与正确应用Volatile变量

一、Volatile变量的基本概念

在Java并发编程中，Volatile关键字是一个非常常用的工具，它用于确保多个线程对共享变量的访问是可见的。这意味着在一个线程中对这个变量的修改，对其他线程来说是立即可见的。

二、为什么需要Volatile变量

Java内存模型中，为了节约执行效能，每个线程都有自己的工作内存。工作内存中保存了主内存的副本拷贝。线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都是在工作内存中进行，之后再同步回主内存中。这就造成了内存可见性问题，即一个线程修改了共享变量的值，而另一个线程却看不到这个修改。

使用Volatile关键字，可以确保共享变量在所有线程中的可见性，这对于维护多线程之间的同步是非常重要的。

三、Volatile的原理

Volatile变量的特性包括：

保证可见性：保证不同线程对共享变量访问的可见性，即一个线程修改了变量的值，其他线程能够立即得知。

禁止指令重排序：防止编译器和处理器对操作顺序进行优化。

在Java虚拟机（JVM）中，Volatile变量的读写都直接操作主内存。当一个线程修改了Volatile变量时，它会立即写回主内存；而其他线程要读取该变量时，会从主内存中读取最新值。

四、正确使用Volatile变量

虽然Volatile变量可以解决内存可见性问题，但它并不能保证操作的原子性。以下是一些正确使用Volatile变量的指南：

4.1 仅适用于基本数据类型

Volatile关键字只能应用于基本数据类型和引用类型。如果共享变量是一个复杂化的对象，那么Volatile不能保证对象的内部状态的可见性和原子性。

4.2 不适用于复合操作

如果需要执行复合操作（例如先检查某个值，然后通过这个值进行条件赋值），仅使用Volatile是不够的，出于复合操作本身不是原子的。


public volatile boolean flag = true;
public void checkAndSet() {
    if (flag) {
        flag = false;
    }
}

上面的代码中，checkAndSet()方法包含了复合操作，它不是一个原子操作，所以不能保证操作的原子性。

4.3 使用Volatile变量实现线程平安的单例模式

以下是一个使用Volatile变量实现的单例模式示例：


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

在这个例子中，Volatile关键字确保了instance变量的初始化在所有线程中都是可见的，防止了指令重排序或许造成的问题。