手撕Java系列--volatile关键字详解

volatile 是 Java 中的一个关键字，用于确保多线程环境下的内存可见性和禁止指令重排序。下面将从设计背景、设计理念、实现原理和使用场景等多个方面详细分析 volatile 关键字。

设计背景

在多线程编程中，线程之间的通信和同步是一个重要的问题。传统的线程同步机制（如 synchronized 关键字）虽然可以解决大部分问题，但有时候会引入不必要的开销。volatile 关键字的引入是为了提供一种轻量级的同步机制，解决某些特定场景下的线程间通信问题。

设计理念

1. 内存可见性：确保一个线程对变量的修改能够立即对其他线程可见。
2. 禁止指令重排序：确保编译器和处理器不会对 volatile 变量的读写操作进行重排序，以保证程序的正确性。

参考Gitee地址

实现原理

内存模型

Java 内存模型（Java Memory Model, JMM）定义了线程和主内存之间的关系，以及线程如何通过主内存进行通信。JMM 规定了以下几点：

• 主内存：所有线程共享的内存区域，存储了所有的实例变量和静态变量。
• 工作内存：每个线程私有的内存区域，存储了该线程使用的变量的副本。

当一个线程对某个变量进行读写操作时，实际上是对其工作内存中的副本进行操作，而不是直接操作主内存中的变量。这就可能导致线程之间的可见性问题。

volatile 的作用

1. 内存可见性：

   • 当一个线程对 volatile 变量进行写操作时，会立即将该变量的值刷新到主内存中。
   • 当其他线程对同一个 volatile 变量进行读操作时，会立即从主内存中读取最新的值，而不是使用工作内存中的副本。

2. 禁止指令重排序：

   • 编译器和处理器在对 volatile 变量的读写操作进行优化时，不会对这些操作进行重排序，以确保程序的正确性。

使用场景

1. 状态标志：

   • 用于表示某个操作是否完成或某个条件是否满足。例如，一个线程设置一个 volatile 布尔变量来通知其他线程某个操作已经完成。

   public class VolatileExample {
        
       private volati