寫在開頭
在之前的幾篇博文中，我們都提到了 volatile 關鍵字，這個單詞中文釋義為：不穩定的，易揮發的，在Java中代表變數修飾符，用來修飾會被不同執行緒訪問和修改的變數，對於方法，程式碼塊，方法引數，區域性變數以及例項常量，類常量多不能進行修飾。
自JDK1.5之後，官網對volatile進行了語義增強，這讓它在Java多執行緒領域越發重要！因此，我們今天就抽一晚上時間，來學一學這個關鍵字，首先，我們從標題入手，思考這樣的一個問題：
volatile如何保證可見性，具體如何實現的？
帶著疑問，我們繼續往下閱讀！
volatile如何保證可見性
volatile保證了不同執行緒對共享變數進行操作時的可見性，即一個執行緒修改了共享變數的值，共享變數修改後的值對其他執行緒立即可見。
我們先透過之前寫的一個小案例來感受一下什麼是可見性問題：
【程式碼示例1】
public class Test {
//是否停止 變數
private static boolean stop = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//啟動執行緒 1，當 stop 為 true，結束迴圈
new Thread(() -> {
System.out.println("執行緒 1 正在執行...");
while (!stop) ;
System.out.println("執行緒 1 終止");
}).start();
//休眠 1 秒
Thread.sleep(1000);
//啟動執行緒 2， 設定 stop = true
new Thread(() -> {
System.out.println("執行緒 2 正在執行...");
stop = true;
System.out.println("設定 stop 變數為 true.");
}).start();
}
}
輸出：
執行緒 1 正在執行...
執行緒 2 正在執行...
設定 stop 變數為 true.
原因：
我們會發現，執行緒1執行起來後，休眠1秒，啟動執行緒2，可即便執行緒2把stop設定為true了，執行緒1仍然沒有停止，這個就是因為 CPU 快取導致的可見性導致的問題。執行緒 2 設定 stop 變數為 true，執行緒 1 在 CPU 1上執行，讀取的 CPU 1 快取中的 stop 變數仍然為 false，執行緒 1 一直在迴圈執行。
那這個問題怎麼解決呢？很好解決！我們排volatile上場可以秒搞定，只需要給stop變數加上volatile修飾符即可！
【程式碼示例2】
//給stop變數增加volatile修飾符
private static volatile boolean stop = false;
輸出：
執行緒 1 正在執行...
執行緒 2 正在執行...
設定 stop 變數為 true.
執行緒 1 終止
從結果中看，執行緒1成功的讀取到了執行緒而設定為true的stop變數值，解決了可見性問題。那volatile到底是什麼讓變數在多個執行緒之間保持可見性的呢？請看下圖！
如果我們將變數宣告為 volatile ，這就指示 JVM，這個變數是共享且不穩定的，每次使用它都到主存中進行讀取，具體實現可總結為5步。
- 1️⃣在生成最低成彙編指令時，對volatile修飾的共享變數寫操作增加Lock字首指令，Lock 字首的指令會引起 CPU 快取寫回記憶體；
- 2️⃣CPU 的快取回寫到記憶體會導致其他 CPU 快取了該記憶體地址的資料無效；
- 3️⃣volatile 變數透過快取一致性協議保證每個執行緒獲得最新值；
- 4️⃣快取一致性協議保證每個 CPU 透過嗅探在匯流排上傳播的資料來檢查自己快取的值是不是修改；
- 5️⃣當 CPU 發現自己快取行對應的記憶體地址被修改，會將當前 CPU 的快取行設定成無效狀態，重新從記憶體中把資料讀到 CPU 快取。
總結
其實volatile關鍵字不僅僅能解決可見性問題，還可以透過禁止編譯器、CPU 指令重排序和部分 happens-before 規則，解決有序性問題，我們放在下一篇聊。
結尾彩蛋
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