Volatile

并发编程3个重要特性

并发编程的三个重要特性原子性、可见性、有序性

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。
可见性可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
有序性即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。 >java int a = 10; int b = 5; >

在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

ps:要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

volatile语义 - 1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。（保证变量的可见性） - 2）禁止进行指令重排序。(保证有序性)

为什么不保证原子性：volatile修饰的属性若再修改前被另一个线程读取了值，那么修改后，无法改变已经复制到工作内存中的值。

volatile static int a=0;
a++;

// 包含了2步操作：1、读取a。2、执行a+1 & 将a+1结果赋值给a

// 设：线程A、B同时执行以下语句，线程A执行完第1步后被挂起、线程B执行了a++，那么主存中a的值为1

// 但线程A的工作内存中还是0，由于线程A之前已读取了a的值 = 0，执行a++后再次将a的值刷新到主存 = 1

// 即 a++执行了2次，但2次都是从0变为1，故a的值最终为1

通过上图可知： Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中，每个线程都有自己的工作内存。线程对变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。 Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作。

为什么保证可见性： - volatile修饰的属性能够保证每次读取都是最新的值 - 但在多线程下不会也无法更新已经读取了的值

(1)对于普通的成员变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。 (2)当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。

为什么保证有序性重排序时，以volatile修饰的属性的读/写操作代码为分界线（lock前缀指令），读/写操作前的代码不允许排到后面，后面不允许排到前面，由此保证有序性。

使用条件： 您只能在有限的一些情形下使用 volatile 变量替代锁。要使 volatile 变量提供理想的线程安全，必须同时满足下面两个条件： - 对变量的写操作不依赖于当前值。 - 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

使用场景：

模式 #1：状态标志

volatile boolean shutdownRequested;
 
...
 
public void shutdown() { 
shutdownRequested = true; 
}
 
public void doWork() { 
while (!shutdownRequested) { 
    // do stuff
}
}

模式 #2：双重检查锁单例模式

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

模式 #3：开销较低的“读－写锁”策略

 
public class CheesyCounter {  
// Employs the cheap read-write lock trick  
// All mutative operations MUST be done with the 'this' lock held  
private volatile int value;  
  
//读操作，没有synchronized，提高性能  
public int getValue() {   
    return value;   
}   
  
//写操作，必须synchronized。因为x++不是原子操作  
public synchronized int increment() {  
    return value++;  
} 
}

总结

（1）对于普通成员变量它只保证了基本读取和赋值是原子性操作、它无法保证可见性、它会产生重排序。
（2）使用volatile关键字能保证可见性，和一定的有序性。而使用synchronized和Lock能保证原子性、可见性、有序性。

refer to: http://www.sohu.com/a/281007804_100212268 refer to: https://blog.csdn.net/vking_wang/article/details/9982709 refer to: https://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

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