简介

volatile是Java提供的一种轻量级的同步机制。Java 语言包含两种内在的同步机制：同步块（或方法）和 volatile 变量，相比于synchronized（synchronized通常称为重量级锁），volatile更轻量级，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。但是volatile 变量的同步性较差（有时它更简单并且开销更低），而且其使用也更容易出错。

Java volatile关键字用于将Java变量标记为“存储在主存储器中”。更确切地说，这意味着，每次读取一个volatile变量都将从计算机的主内存中读取，而不是从CPU缓存中读取，并且每次写入volatile变量都将写入主内存，而不仅仅是CPU缓存。

实际上，自Java 5以来，volatile关键字保证的不仅仅是向主存储器写入和读取volatile变量。我将在以下部分解释。

特性

可以把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步

当我们声明共享变量为volatile后，对这个变量的读/写将会很特别。理解volatile特性的一个好方法是：把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步。

COPYclass VolatileFeaturesExample {
    //使用volatile声明64位的long型变量
    volatile long vl = 0L;

    public void set(long l) {
        vl = l;   //单个volatile变量的写
    }

    public void getAndIncrement () {
        vl++;    //复合（多个）volatile变量的读/写
    }

    public long get() {
        return vl;   //单个volatile变量的读
    }
}

假设有多个线程分别调用上面程序的三个方法，这个程序在语义上和下面程序等价：

COPYclass VolatileFeaturesExample {
    long vl = 0L;               // 64位的long型普通变量

    //对单个的普通 变量的写用同一个锁同步
    public synchronized void set(long l) {             
       vl = l;
    }

    public void getAndIncrement () { //普通方法调用
        long temp = get();           //调用已同步的读方法
        temp += 1L;                  //普通写操作
        set(temp);                   //调用已同步的写方法
    }
    public synchronized long get() { 
        //对单个的普通变量的读用同一个锁同步
        return vl;
    }
}

如上面示例程序所示，对一个volatile变量的单个读/写操作，与对一个普通变量的读/写操作使用同一个锁来同步，它们之间的执行效果相同。

锁的happens-before规则保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性，这意味着对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。

锁的语义决定了临界区代码的执行具有原子性。这意味着即使是64位的long型和double型变量，只要它是volatile变量，对该变量的读写就将具有原子性。如果是多个volatile操作或类似于volatile++这种复合操作，这些操作整体上不具有原子性。

简而言之，volatile变量自身具有下列特性：

原子性

即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

原子性是拒绝多线程操作的，不论是多核还是单核，具有原子性的量，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作。简而言之，在整个操作过程中不会被线程调度器中断的操作，都可认为是原子性。例如 a=1是原子性操作，但是a++和a +=1就不是原子性操作。Java中的原子性操作包括：

• 基本类型的读取和赋值操作，且赋值必须是数字赋值给变量，变量之间的相互赋值不是原子性操作。
• 所有引用reference的赋值操作
• java.concurrent.Atomic.* 包中所有类的一切操作

可见性

指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

在多线程环境下，一个线程对共享变量的操作对其他线程是不可见的。Java提供了volatile来保证可见性，当一个变量被volatile修饰后，表示着线程本地内存无效，当一个线程修改共享变量后他会立即被更新到主内存中，其他线程读取共享变量时，会直接从主内存中读取。当然，synchronize和Lock都可以保证可见性。synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

在线程使用非volatile变量的多线程应用程序中，出于性能原因，每个线程可以在处理它们时将变量从主存储器拷贝到CPU高速缓存中。如果您的计算机包含多个CPU，则每个线程可以在不同的CPU上运行。这意味着，每个线程都可以将变量复制到不同CPU的CPU缓存中。这在这里说明：

对于volatile变量，无法保证Java虚拟机（JVM）何时将数据从主内存读取到CPU缓存中，或将数据从CPU缓存写入主内存。这可能会导致一些问题，我将在以下部分中解释。

想象一下两个或多个线程可以访问共享对象的情况，该共享对象包含一个声明如下的计数器变量：

COPYpublic class SharedObject {
    public int counter = 0;
}

再想象一下，只有线程1对counter变量进行增加操作，但线程1和线程2都可能读取变量counter。

如果counter变量未声明volatile，则无法保证何时将counter变量的值从CPU缓存写回主存储器。这意味着，CPU高速缓存中的counter变量值可能与主存储器中的变量值不同。这种情况如下所示：

线程没有看到变量的最新值的问题，是因为它还没有被另一个线程写回主内存，这被称为“可见性”问题，其他线程看不到一个线程的某些更新。

volatile可见性保证

Java volatile关键字旨在解决变量可见性问题。通过使用volatile声明counter变量，对变量counter的所有写操作都将立即写回主存储器。此外，counter变量的所有读取都将直接从主存储器中读取。

下面是counter变量声明为volatile的样子：

COPYpublic class SharedObject {
    public volatile int counter = 0;
}

声明变量为volatile，对其他线程写入该变量 保证了可见性。

在上面给出的场景中，一个线程（T1）修改计数器，另一个线程（T2）读取计数器（但从不修改它），声明该counter变量为volatile足以保证写入counter变量对T2的可见性。

但是，如果T1和T2都在增加counter变量，那么声明counter变量为volatile就不够了。稍后会详细介绍。

完全volatile可见性保证

实际上，Java volatile的可见性保证超出了volatile变量本身。可见性保证如下：

• 如果线程A写入volat