多线程之Volatile关键字

概述

volatile在多线程并发时有两个作用，一.实现线程间可见性。二.禁止指令重排序

线程间可见性

例子仍然可以在github中下载
为什么存在线程间可见性问题？
根据java内存模型（JMM ），每个线程都有一个工作内存，共享一个主内存，程序运行时会把主内存的数据，拷贝到工作内存中。并发执行的情况下，如果没有加volatile时，cpu不能保证线程间内存的可见性（cpu会在不忙碌时同步主内存的数据）。
加volatile怎么保证？
加volatile后，虚拟机会保证每个线程写完以后同步到主内存中，并且线程读变量时会把本地变量置为失效，从主内存中读共享变量，另外volatile操作底层使用的是lock指令。

禁止指令重排序

什么是指令重排序？
为了充分利用cpu，指令的执行顺序可能会发生改变，即在后面的指令可能提前执行，这就是指令重排序，但指令重排序必须保证As-If-Serial语义。

As-If-Serial语义
as-if-serial语义的意思是：不管怎么进行指令重排序，单线程内程序的执行结果不能被改变。编译器，处理器进行指令重排序都必须要遵守as-if-serial语义规则。
为了遵守as-if-serial语义，编译器和处理器对存在依赖关系的操作，都不会对其进行重排序，因为这样的重排序很可能会改变执行的结果，但是对不存在依赖关系的操作，就有可能进行重排序。

单线程有序，多线程乱序 因为指令重排序的存在，及程序必须保证as-if-serial语义，在本线程下观察，程序是正确按顺序执行的。但如果多线程共享操作，别的线程就可能受你重排序的影响。
举个例子

public static Singleton getInstance() {
    if(singleton == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if(singleton == null) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }
    }
    return singleton;
}
复制代码

上面这段代码大家都很熟悉，double check lock 创建单例。发生指令重排会有什么问题？
我们先看singleton = new Singleton()有哪些指令

new 指令分配空间（这时对象的属性都是默认值）
init 初始化对象数据
astore 将singleton变量指向new出来的Singleton对象

好的假如现在有两个线程A、B并发执行到getInstance方法，线程A判断singleton是空，然后加锁，加锁成功，判断singleton为空，执行singleton = new Singleton()，这里如果发生了指令重排，先执行new指令分配对象空间，再执行astore将指针指向new出来的数据，注意这时候还没有执行init方法，没有初始化对象，这时线程B判断singleton是否为空，不为空，直接返回使用。这里就有问题了，线程B使用了一个半初始化状态的Singleton对象。所以DCL创建单例要加volatile.

volatile内存屏障
Java虚拟机规范中规定：

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。