Java Volatile关键字

简介[编辑 | 编辑源代码]

volatile是Java中的关键字，用于修饰变量，确保多线程环境下的可见性和有序性。它告诉JVM和编译器：该变量可能被多个线程同时访问，禁止进行某些优化（如缓存或指令重排序），从而保证线程安全。

核心特性[编辑 | 编辑源代码]

可见性：当一个线程修改volatile变量时，其他线程能立即看到最新值。
禁止指令重排序：编译器或处理器不会对volatile变量的操作与其他内存操作进行重排序。

为什么需要volatile？[编辑 | 编辑源代码]

在Java内存模型（JMM）中，每个线程有自己的工作内存（缓存），变量的修改可能不会立即同步到主内存。非volatile变量可能导致以下问题：

脏读：线程A修改了变量，但线程B读取到旧值。
指令重排序：代码执行顺序与编写顺序不一致，导致逻辑错误。

语法与示例[编辑 | 编辑源代码]

基本用法[编辑 | 编辑源代码]

public class VolatileExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void start() {
        new Thread(() -> {
            while (!flag) {
                // 等待flag变为true
            }
            System.out.println("Flag is now true");
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true; // 修改volatile变量
            System.out.println("Flag set to true");
        }).start();
    }

    public static void main(String[] args) {
        new VolatileExample().start();
    }
}

输出示例：

Flag set to true
Flag is now true

非volatile的风险[编辑 | 编辑源代码]

如果将上述代码中的`volatile`去掉，可能因可见性问题导致第一个线程陷入死循环。

底层原理[编辑 | 编辑源代码]

volatile通过以下机制实现： 1. 内存屏障（Memory Barrier）：插入特殊指令阻止重排序。 2. 缓存一致性协议（如MESI）：强制同步CPU缓存与主内存。

$Write操作 \to StoreStore Barrier \to 写入volatile变量 \to StoreLoad Barrier$

实际应用场景[编辑 | 编辑源代码]

状态标志[编辑 | 编辑源代码]

class TaskRunner {
    private volatile boolean running = true;

    public void stop() {
        running = false;
    }

    public void run() {
        while (running) {
            // 执行任务
        }
    }
}

单例模式（双重检查锁定）[编辑 | 编辑源代码]

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}