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這篇文章主要介紹“Volatile的作用是什么”，在日常操作中，相信很多人在Volatile的作用是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Volatile的作用是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！
其實早期計算機中cpu和內存的速度是差不多的，但在現代計算機中，cpu的指令速度遠超內存的存取速度，由于計算機的儲存設備與處理器的運算速度有幾個數量級的差距，所以現代計算機系統都不得不加入一層讀寫速度盡可能接近處理器運算速度的 高速緩存(Cach) 來作為內存與處理器之間的緩沖。
將運算需要使用到的數據復制到緩存中，讓運算能快速進行，當運算結束后再從緩存同步回內存之中，這樣處理器就無需等待緩慢的內存讀寫了。
基于高速緩存的存儲交互很好地解決了處理器與內存的速度矛盾，但是也為計算機系統帶來更高的復雜度，因為它引入一個新的問題：緩存一致性(CacheCoherence)。
在多處理器系統中，每個處理器都有自己的高速緩存，而它們又共享同一主內存(MainMemory)。
JMM：Java 內存模型，是java虛擬機規范中所定義的一種內存模型，Java 內存模型是標準化的，屏蔽掉了底層不同計算機的區別。描述了Java程序中各種變量(線程共享變量)的訪問規則，以及在JVM中將變量，儲存到內存和從內存中讀取變量這樣的底層細節。
所有的共享變量都儲存于主內存，這里所說的變量指的是實例變量和類變量，不包含局部變量，因為局部變量是線程私有的，因此不存在競爭問題。
每一個線程還存在自己的工作內存，線程的工作內容，保留了被線程使用的變量的工作副本。
線程對變量的所有操作(讀、取)都必須在工作內存中完成，而不能直接讀寫主內存中的變量。
不同線程之間也不能直接訪問對方工作內存中的變量，線程間變量的值的傳遞需要通過主內存中轉來完成。
正是因為這樣的機制，才導致了可見性問題的存在。
/**
* @Author 庭前云落
* @Date 2020/10/1 10:43
* @Description
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Tqyl a = new Tqyl();
a.start();
for (; ; ) {
synchronized (a) {
if (a.isFlag()) {
System.out.println("庭前云落");
}
}
}
}
}因為某一個線程進入synchronized代碼塊前后，線程會獲得鎖，清空工作內存，從主內存拷貝共享變量最新的值到工作內存成為副本，執行代碼，將修改后的副本的值刷新回主內存中，線程釋放鎖。
而獲取不到鎖的線程會阻塞等待，所以變量的值肯定一直都是最新的。
/**
* @Author 庭前云落
* @Date 2020/10/1 10:44
* @Description
*/
public class Tqyl extends Thread {
private volatile boolean flag = false;
public boolean isFlag() {
return flag;
}
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
flag=true;
System.out.println("flag="+flag);
}
}每個線程操作數據的時候會把數據從主內存讀取到自己的工作內存，如果它操作了數據并且寫回了，其它已經讀取的線程的變量副本就會失效了，需要讀數據進操作又要再次去主內存中讀取了。
volatile保證不同線程對共享變量操作的可見性，也就是說一個線程修改了volatile修飾的變量，當修改寫回主內存時，另外一個線程立即看到最新的值。
之前我們說過當多個處理器的運算任務都涉及同一塊主內存區域時，將可能導致各自的緩存數據不一致，舉例說明變量在多個CPU之間的共享。
如果真的發生這種情況，那同步回到主內存時以誰的緩存數據為準呢？
為了解決一致性的問題，需要各個處理器訪問緩存時都遵循一些協議，在讀寫時要根據協議來進行操作，這類協議有 MSI、MESI(IllinoisProtocol)、MOSI、Synapse、Firefly及DragonProtocol等。
當CPU寫數據時，如果發現操作的變量是共享變量，即在其它CPU中野存在該變量的副本，會發出信息通知其它CPU將該變量的緩存行置為無效狀態，因此當其他CPU需要讀取這個變量時，發現自己緩存中緩存該變量的緩存行是無效的，那么它就會從內存重新讀取。
每個處理器通過嗅探在總線上傳播的數據來檢查自己緩存的值是不是過期了，當處理器發現自己緩存行對應的內存地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設置成無效狀態，當處理器對這個數據進行修改操作的時候，會重新從系統內存中把數據讀到處理器緩存里。
由于Volatile的MESI緩存一致性協議，需要不斷的從主內存嗅探和cas不斷循環，無效交互會導致總線帶寬達到峰值。
所以不要大量使用Volatile，至于什么時候去使用Volatile什么時候使用鎖，根據場景區分。
CAS(Compare-and-Swap)：即比較并替換，是一種實現并發算法時常用到的技術，Java并發包中的很多類都使用了CAS技術。
為了提高性能，編譯器和處理器常常會對既定的代碼執行順序進行指令重排序。
一個好的內存模型實際上會放松對處理器和編譯器規則的束縛，也就是說軟件技術和硬件技術都為同一個目標，而進行奮斗：在不改變程序執行結果的前提下，盡可能提高執行效率。
JMM對底層盡量減少約束，使其能夠發揮自身優勢。
因此，在執行程序時，為了提高性能，編譯器和處理器常常會對指令進行重排序。
一般重排序可以分為如下三種：
編譯器優化的重排序。編譯器在不改變單線程程序語義的前提下，可以重新安排語句的執行順序;
指令級并行的重排序。現代化處理器采用了指令級并行技術來將多條指令重疊執行。如果不存在數據依賴性，處理器可以改變語句對應機器指令的執行順序；
內存系統的重排序。由于處理器使用緩存和讀/寫緩沖區，這使得加載和儲存操作看上去可能是在亂序執行的。
這里還得提一個概念，as-if-serial。
不管怎么重排序，單線程下的執行結果不能被改變。
編譯器、runtime和處理器都必須遵守as-if-serial語義。
那Volatile是怎么保證不會被執行重排序的呢？
java編譯器會在生成指令系列時在適當的位置會插入 內存屏障 指令來禁止特定類型的處理器重排序。
為了實現volatile的內存語義，JMM會限制特定類型的編譯器和處理器重排序，JMM會針對編譯器制定volatile重排序規則表：
需要注意的是：volatile寫是在前?和后?分別插?內存屏障，?volatile讀操作是在后面插?兩個內存屏障。
寫
讀
上面的我提過重排序原則，為了提高處理速度，JVM會對代碼進行編譯優化，也就是指令重排序優化，并發編程下指令重排序會帶來一些安全隱患：如指令重排序導致的多個線程操作之間的不可見性。
如果讓程序員再去了解這些底層的實現以及具體規則，那么程序員的負擔就太重了，嚴重影響了并發編 程的效率。
從JDK5開始，提出了 happens-before 的概念，通過這個概念來闡述操作之間的內存可?性。
如果一個操作執行的結果需要對另一個操作可見，那么這兩個操作之間必須存在 happens-before關系。
volatile域規則：對一個 volatile 域的寫操作，happens-before 于任意線程后續對這個volatile域的讀。
如果現在我的flag變成了false，那么后面的那個操作，一定要知道我變了。
我們要知道Volatile是沒辦法保證原子性的，一定要保證原子性，可以使用其他方法。
就是一次操作，要么完全成功，要么完全失敗。
假設現在有 N 個線程對同一個變量進行累加也是沒辦法保證結果是對的，因為讀寫這個過程并不是原子性的。
要解決也簡單，要么用原子類，比如 AtomicInteger，要么加鎖(記得關注Atomic的底層)
/**
* @Author 庭前云落
* @Date 2020/10/1 11:53
* @Description
*/
public class Singleton {
//可見性和指令重排序都保證
private volatile static Singleton instance = null;
//私有構造
public Singleton() {
}
public static Singleton getInstance(){
//第一重檢查鎖定
if(instance==null){
//同步鎖定代碼塊
synchronized (Singleton.class){
//第二重檢查鎖定
if(instance==null){
//注意:非原子操作
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}為什么要雙重檢查？如果不用Volatile會怎么樣?
禁止指令重排序的好處。
對象實際上創建對象要經過如下幾個步驟：
分配內存空間
調用構造器，初始化實例
返回地址給引用
是可能發生指令重排序的，那有可能構造函數在對象初始化完成前就賦值完成了，在內存里面開辟一片儲存區域后直接返回內存的引用，這個時候還沒真正的初始化完對象。
但是別的線程去判斷 instance!=null，直接拿去用了，其實這個對象是個半成品，那就有空指針異常了。
可見性怎么保證的？
因為可見性，線程A在自己的內存初始化了對象，還沒來得及寫回主內存，B線程也這么做了，那就創建了多個對象，不是真正意義上單例了。
volatile只能修飾實例變量和類變量，而synchronized可以修飾方法，以及代碼塊。
volatile保證數據的可見性，但是不保證原子性(多線程進行寫操作，不保證線程安全)；而synchronized是一種排他(互斥)的機制。volatile用于禁止指令重排序：可以解決單例雙重檢查對象初始化代碼執行亂序問題。
volatile 可以看做輕量版的synchronized，volatile不保證原子性，但是如果是對一個共享變量進行多個線程的賦值，而沒有其它的操作，那么就可以用 volatile 來代替 synchronized，因為賦值本身就是有原子性的，而 volatile 又保證了可見性，所以就可以保證線程安全了。
volatile修飾符適用于以下的場景：
某個屬性被多個線程共享，其中有一個線程修改了此屬性，其它線程可以立即得到修改后的值，比如 booleanflag；或者作為觸發器，實現輕量級同步。
volatile屬性的讀寫操作都是無鎖的，它不能替代synchronized，因為它沒有提供原子性和互斥性。因為無鎖，不需要花費時間在獲取鎖和釋放鎖上，所以說它是低成本的。
volatile只能作用于屬性，我們用volatile修飾屬性，這樣compilers就不會對這個屬性做指令重排序。
volatile提供了可見性，任何一個線程對其的修改將立馬對其它線程可見，volatile屬性不會被線程緩存，始終從主存中讀取。
volatile提供了happens-before保證，對volatile變量v的寫入happens-before所有其他線程后續對v的讀寫操作。
volatile可以使得long和double的賦值是原子的。
volatile可以在單例雙重檢查中實現可見性和禁止指令重排序，從而保證安全性。
到此，關于“Volatile的作用是什么”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！
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