volatile關(guān)鍵字的作用是什么？

volatile關(guān)鍵字的作用是什么？

volatile在Java并發(fā)編程中常用于保持內(nèi)存可見(jiàn)性和防止指令重排序。

內(nèi)存可見(jiàn)性（MemoryVisibility）：所有線程都能看到共享內(nèi)存的**狀態(tài)。

防止指令重排：在基于偏序關(guān)系的Happens-Before內(nèi)存模型中，指令重排技術(shù)大大提高了程序執(zhí)行效率，但同時(shí)也引入了一些問(wèn)題。

volatile保持內(nèi)存可見(jiàn)性的特殊規(guī)則：read、load、use動(dòng)作必須連續(xù)出現(xiàn);assign、store、write動(dòng)作必須連續(xù)出現(xiàn);每次讀取前必須先從主內(nèi)存刷新**的值。
每次寫入后必須立即同步回主內(nèi)存當(dāng)中。也就是說(shuō)，volatile關(guān)鍵字修飾的變量看到的隨時(shí)是自己的**值。**程1中對(duì)變量v的**修改，對(duì)線程2是可見(jiàn)的。

volatile防止指令重排的策略：在每個(gè)volatile寫操作的前面插入一個(gè)StoreStore屏障;在每個(gè)volatile寫操作的后面插入一個(gè)StoreLoad屏障。
在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadLoad屏障;在每個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadStore屏障。注意：只有在Happens-Before內(nèi)存模型中才會(huì)出現(xiàn)這樣的指令重排序問(wèn)題。

單例模式雙重鎖為啥要volitie修飾：

單例模式雙重鎖為啥要volitie修飾： volatile關(guān)鍵字可以防止jvm指令重排優(yōu)化，使用了volatile關(guān)鍵字可用來(lái)保證其線程間的可見(jiàn)性和有序性; 因?yàn)閷?duì)象的創(chuàng)建并非一步完成，而是需要分為3個(gè)步驟執(zhí)行的，比如：singleton = new Singleton(); 指令1：獲取singleton對(duì)象的內(nèi)存地址 指令2：初始化singleton對(duì)象 指令3：將內(nèi)存地址指向引用變量singleton 因?yàn)閂olatile禁止JVM對(duì)指令進(jìn)行重排序，所以創(chuàng)建對(duì)象時(shí)會(huì)嚴(yán)格按照指令1-2-3的順序執(zhí)行，假若如果沒(méi)有Volatile關(guān)鍵字，單線程環(huán)境下不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但是在多線程環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致一個(gè)線程獲得還沒(méi)有初始化的實(shí)例。

C語(yǔ)言中Valatile關(guān)鍵字有什么用

volatile提醒編譯器它后面所定義的變量隨時(shí)都有可能改變，因此編譯后的程序每次需要存儲(chǔ)或讀取這個(gè)變量的時(shí)候，都會(huì)直接從變量地址中讀取數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有volatile關(guān)鍵字，則編譯器可能優(yōu)化讀取和存儲(chǔ)，可能暫時(shí)使用寄存器中的值，如果這個(gè)變量由別的程序更新了的話，將出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。

下面舉例說(shuō)明。

在DSP開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常需要等待某個(gè)事件的觸發(fā)，所以經(jīng)常會(huì)寫出這樣的程序：short flag;void test(){do1();while(flag==0);do2();}這段程序等待內(nèi)存變量flag的值變?yōu)?(懷疑此處是0,有點(diǎn)疑問(wèn),)之后才運(yùn)行do2()。變量flag的值由別的程序更改，這個(gè)程序可能是某個(gè)硬件中斷服務(wù)程序。例如：如果某個(gè)按鈕按下的話，就會(huì)對(duì)DSP產(chǎn)生中斷，在按鍵中斷程序中修改flag為1，這樣上面的程序就能夠得以繼續(xù)運(yùn)行。但是，編譯器并不知道flag的值會(huì)被別的程序修改，因此在它進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，可能會(huì)把flag的值先讀入某個(gè)寄存器，然后等待那個(gè)寄存器變?yōu)?。

如果不幸進(jìn)行了這樣的優(yōu)化，那么while循環(huán)就變成了*循環(huán)，因?yàn)榧拇嫫鞯膬?nèi)容不可能被中斷服務(wù)程序修改。為了讓程序每次都讀取真正flag變量的值，就需要定義為如下形式：volatile short flag;需要注意的是，沒(méi)有volatile也可能能正常運(yùn)行，但是可能修改了編譯器的優(yōu)化級(jí)別之后就又不能正常運(yùn)行了。因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)debug版本正常，但是release版本卻不能正常的問(wèn)題。

所以為了安全起見(jiàn)，只要是等待別的程序修改某個(gè)變量的話，就加上volatile關(guān)鍵字。volatile的本意是“易變的”由于訪問(wèn)寄存器的速度要快過(guò)RAM，所以編譯器一般都會(huì)作減少存取外部RAM的優(yōu)化。比如：static int i=0;int main(void){…while (1){if (i) do_something();}}/* Interrupt service routine. */void ISR_2(void){i=1;}程序的本意是希望ISR_2中斷產(chǎn)生時(shí)，在main當(dāng)中調(diào)用do_something函數(shù)，但是，由于編譯器判斷在main函數(shù)里面沒(méi)有修改過(guò)i，因此可能只執(zhí)行一次對(duì)從i到某寄存器的讀操作，然后每次if判斷都只使用這個(gè)寄存器里面的“i副本”，導(dǎo)致do_something永遠(yuǎn)也不會(huì)被調(diào)用。

如果變量加上volatile修飾，則編譯器保證對(duì)此變量的讀寫操作都不會(huì)被優(yōu)化（肯定執(zhí)行）。此例中i也應(yīng)該如此說(shuō)明。一般說(shuō)來(lái)，volatile用在如下的幾個(gè)地方：1、中斷服務(wù)程序中修改的供其它程序檢測(cè)的變量需要加volatile;2、多任務(wù)環(huán)境下各任務(wù)間共享的標(biāo)志應(yīng)該加volatile;3、存儲(chǔ)器映射的硬件寄存器通常也要加volatile說(shuō)明，因?yàn)槊看螌?duì)它的讀寫都可能由不同意義;另外，以上這幾種情況經(jīng)常還要同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的完整性（相互關(guān)聯(lián)的幾個(gè)標(biāo)志讀了一半被打斷了重寫），在1中可以通過(guò)關(guān)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，2中可以禁止任務(wù)調(diào)度，3中則只能依靠硬件的良好設(shè)計(jì)了。

二、volatile 的含義volatile總是與優(yōu)化有關(guān)，編譯器有一種技術(shù)叫做數(shù)據(jù)流分析，分析程序中的變量在哪里賦值、在哪里使用、在哪里失效，分析結(jié)果可以用于常量合并，常量傳播等優(yōu)化，進(jìn)一步可以*代碼消除。但有時(shí)這些優(yōu)化不是程序所需要的，這時(shí)可以用volatile關(guān)鍵字禁止做這些優(yōu)化，volatile的字面含義是易變的，它有下面的作用：1 不會(huì)在兩個(gè)操作之間把volatile變量緩存在寄存器中。在多任務(wù)、中斷、甚至setjmp環(huán)境下，變量可能被其他的程序改變，編譯器自己無(wú)法知道，volatile就是告訴編譯器這種情況。2 不做常量合并、常量傳播等優(yōu)化，所以像下面的代碼： volatile int i = 1; if (i > 0) … if的條件不會(huì)當(dāng)作無(wú)條件真。

3 對(duì)volatile變量的讀寫不會(huì)被優(yōu)化掉。如果你對(duì)一個(gè)變量賦值但后面沒(méi)用到，編譯器常?？梢允÷阅莻€(gè)賦值操作，然而對(duì)Memory Mapped IO的處理是不能這樣優(yōu)化的。前面有人說(shuō)volatile可以保證對(duì)內(nèi)存操作的原子性，這種說(shuō)法不大準(zhǔn)確，其一，x86需要LOCK前綴才能在SMP下保證原子性，其二，RISC根本不能對(duì)內(nèi)存直接運(yùn)算，要保證原子性得用別的方法，如atomic_inc。對(duì)于jiffies，它已經(jīng)聲明為volatile變量，我認(rèn)為直接用jiffies++就可以了，沒(méi)必要用那種復(fù)雜的形式，因?yàn)槟菢右膊荒鼙ＷC原子性。

你可能不知道在Pentium及后續(xù)CPU中，下面兩組指令 inc jiffies ;; mov jiffies, %eax inc %eax mov %eax, jiffies 作用相同，但一條指令反而不如三條指令快。三、編譯器優(yōu)化 → C關(guān)鍵字volatile → memory破壞描述符zz“memory”比較特殊，可能是內(nèi)嵌匯編中最難懂部分。為解釋清楚它，先介紹一下編譯器的優(yōu)化知識(shí)，再看C關(guān)鍵字volatile。**去看該描述符。

1、編譯器優(yōu)化介紹內(nèi)存訪問(wèn)速度遠(yuǎn)不及CPU處理速度，為提高機(jī)器整體性能，在硬件上引入硬件高速緩存Cache，加速對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)。另外在現(xiàn)代CPU中指令的執(zhí)行并不一定嚴(yán)格按照順序執(zhí)行，沒(méi)有相關(guān)性的指令可以亂序執(zhí)行，以充分利用CPU的指令流水線，提高執(zhí)行速度。以上是硬件級(jí)別的優(yōu)化。

再看軟件一級(jí)的優(yōu)化：一種百科是在編寫代碼時(shí)由程序員優(yōu)化，另一種是由編譯器進(jìn)行優(yōu)化。編譯器優(yōu)化常用的方法有：將內(nèi)存變量緩存到寄存器;調(diào)整指令順序充分利用CPU指令流水線，常見(jiàn)的是重新排序讀寫指令。對(duì)常規(guī)內(nèi)存進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，這些優(yōu)化是透明的，而且效率很好。

由編譯器優(yōu)化或者硬件重新排序引起的問(wèn)題的解決辦法是在從硬件（或者其他處理器）的角度看必須以特定順序執(zhí)行的操作之間設(shè)置內(nèi)存屏障（memory barrier），linux 提供了一個(gè)宏解決編譯器的執(zhí)行順序問(wèn)題。 void Barrier(void)這個(gè)函數(shù)通知編譯器插入一個(gè)內(nèi)存屏障，但對(duì)硬件無(wú)效，編譯后的代碼會(huì)把當(dāng)前CPU寄存器中的所有修改過(guò)的數(shù)值存入內(nèi)存，需要這些數(shù)據(jù)的時(shí)候再重新從內(nèi)存中讀出。 2、C語(yǔ)言關(guān)鍵字volatileC語(yǔ)言關(guān)鍵字volatile（注意它是用來(lái)修飾變量而不是上面介紹的__volatile__）表明某個(gè)變量的值可能在外部被改變，因此對(duì)這些變量的存取不能緩存到寄存器，每次使用時(shí)需要重新存取。該關(guān)鍵字在多線程環(huán)境下經(jīng)常使用，因?yàn)樵诰帉懚嗑€程的程序時(shí)，同一個(gè)變量可能被多個(gè)線程修改，而程序通過(guò)該變量同步各個(gè)線程，例如： DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal) { int* intSignal=reinterpret_cast<int*>(signal); *intSignal=2; while(*intSignal!=1) sleep(1000); return 0; }該線程啟動(dòng)時(shí)將intSignal 置為2，然后循環(huán)等待直到intSignal 為1 時(shí)退出。

顯然intSignal的值必須在外部被改變，否則該線程不會(huì)退出。但是實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候該線程卻不會(huì)退出，即使在外部將它的值改為1，看一下對(duì)應(yīng)的偽匯編代碼就明白了： mov ax,signal label: if(ax!=1) goto label對(duì)于C編譯器來(lái)說(shuō)，它并不知道這個(gè)值會(huì)被其他線程修改。自然就把它c(diǎn)ache在寄存器里面。

記住，C 編譯器是沒(méi)有線程概念的！這時(shí)候就需要用到volatile。volatile 的本意是指：這個(gè)值可能會(huì)在當(dāng)前線程外部被改變。也就是說(shuō)，我們要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile關(guān)鍵字，這時(shí)候，編譯器知道該變量的值會(huì)在外部改變，因此每次訪問(wèn)該變量時(shí)會(huì)重新讀取，所作的循環(huán)變?yōu)槿缦旅鎮(zhèn)未a所示： label: mov ax,signal if(ax!=1) goto label 3、Memory有了上面的知識(shí)就不難理解Memory修改描述符了，Memory描述符告知GCC： 1）不要將該段內(nèi)嵌匯編指令與前面的指令重新排序;也就是在執(zhí)行內(nèi)嵌匯編代碼之前，它前面的指令都執(zhí)行完畢 2）不要將變量緩存到寄存器，因?yàn)檫@段代碼可能會(huì)用到內(nèi)存變量，而這些內(nèi)存變量會(huì)以不可預(yù)知的方式發(fā)生改變，因此GCC插入必要的代碼先將緩存到寄存器的變量值寫回內(nèi)存，如果后面又訪問(wèn)這些變量，需要重新訪問(wèn)內(nèi)存。如果匯編指令修改了內(nèi)存，但是GCC 本身卻察覺(jué)不到，因?yàn)樵谳敵霾糠譀](méi)有描述，此時(shí)就需要在修改描述部分增加“memory”，告訴GCC 內(nèi)存已經(jīng)被修改，GCC 得知這個(gè)信息后，就會(huì)在這段指令之前，插入必要的指令將前面因?yàn)閮?yōu)化Cache 到寄存器中的變量值先寫回內(nèi)存，如果以后又要使用這些變量再重新讀取。

使用“volatile”也可以達(dá)到這個(gè)目的，但是我們?cè)诿總€(gè)變量前增加該關(guān)鍵字，不如使用“memory”方便。