我們通常會用volatile實現一些需要線程安全的代碼（也有很多人不敢用，因為不了解），但事實上volatile本身並不是線程安全的，相對於synchoronized，它有更多的使用局限性，只能限制在某些特定的場景。本篇文章的目的就是讓大家對 volatile 在本質上有個把握，為了達到這個目的，我們會從java 的內存模型及變數操作的內存管理來說明（不用怕，你會發現很簡單）。

一、內存模型

可以將內存簡單分為兩種：工作內存和主內存。所有的數據最終都需要存儲在主內存，工作內存是線程獨有的，線程之間無任何干擾。java的內存模型主要就是定義工作內存和主內存的交互，即工作內存如何從主內存拷貝數據，以入如何寫數據。java 定義了8種原子性操作來完成工作內存與主內存的交互：

• lock 將對象變成線程獨佔的狀態

• unlock 將線程獨佔狀態的對象的鎖釋放出來

• read 從主內存讀數據

• load 將從主內存讀取的數據寫入工作內存

• use 工作內存使用對象

• assign 對工作內存中的對象進行賦值

• store 將工作內存中的對象傳送到主內存當中

• write 將對象寫入主內存當中，並覆蓋舊值

這些操作也是有一定的條件限制的:

read 和load，store和write 必須成對出現，即從主內存中讀數據的數據工作內存必須接受；傳遞到主內存的數據，也不可以被拒絕寫入。

assign後的對象必須回寫到緩存

未進行新賦值的對象不允許回寫到主內存

新的變數只能在主內存產生，且未完成初始化的對象不允許在工作內存中使用

對象只允許被一條線程鎖定，且可以被此線程多次鎖定

未被鎖定的對象不允許執行unlock操作

對一個對象執行unlock之前，必須將對象回寫到主內存

java的8種原子性操作，相互之前有一定的約束條件，但並沒有嚴格限制任意兩個操作必須連續出現，只是表示成對出現，這也是為什麼會產生線程不安全性的原因。

介紹了上述的背景知識，那我們就來看一下volatile變數到底和普通變數有啥差別吧

二、volatile變數與普通變數

2.1 volatile 的安全性

下面我們用一個例子來說明volatile變數與普通變數的區別。

假設有兩個線程操作一個主內存的對象，且線程1早於線程2開始（如下例如示一個a++操作））

public class ThreadSafeTest {
public static int a = 0;
public static void increase() {
a++;
}
public static void main (String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() { for (int j = 0; j < 100; j++) {
increase();
}
}
});
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() { for (int j = 0; j < 100; j++) {
increase();
}
}
});
t1.start();
t2.start();
}
}

線程2讀取主內存對象（a）時，可能發生在幾個時期：read之前、read之後、load之後、use之後、assign之後、 store之後、write之後（如下圖所示）；

假設線程1執行了a++,a從0變成了1，還未來得及寫回主內存對象，線程2從主內存對象中讀取的數據a=0;此時線程1寫入主內存a=1,而線程2仍然執行完了a++ ，此時仍然 等於1（應該等於2），實際上，這就上相當於線程2 讀入了一個過期的數據，導致線程不安全。

那如果將a變成volatile對象是否就正確了呢？

volatile對對象的操作做了更嚴格的限制：

• use之前不進行read和load

• assign之後必須緊跟store和write

  實際相當於將read load use 三個原子操作變成一個原子操作；將assign-store-write變成一個原子操作。很多文章上都講volatile對所有的線程是可見的，指的就是執行完了assign之後立即就會回寫主內存；在任意一個線程讀取主內存對象時，都會刷新主內存。在主內存中表現是數據一致性的，但是各線程內存當中卻不一定是一致性的。

  同樣是上面的代碼，換成volatile

• public class ThreadSafeTest {
  public static volatile int a = 0;
  public static void increase() {
  a++;
  }
  public static void main (String[] args) {
  Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
  for (int j = 0; j < 100; j++) {
  increase();
  }
  }
  });
  Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
  for (int j = 0; j < 100; j++) {
  increase();
  }
  }
  });
  t1.start();
  t2.start();
  }
  }

運行後發現，也拿不到正確的結果（如果拿到請把j的數值調大）。操你媽，不是說是線程安全的變數嗎？為啥也不正確？

這是因為線程內部的數據仍然有可能存在不一致性，比如，如果線程2讀取數據時，處在線程1use之後，但線程1此時還未來得及回寫主緩存，這時候線程2使用到的數據仍然是0，兩個線程同時對0++，得到的結果只會是1，而不是理想中的2。

2.2 volatile 的線程安全是有條件的

即然volatile 是非線程安全的，那要它還有什麼用呢？如果你看過我寫過的「線程安全」的文章應該知道，所有的對象都是相對線程安全的，也就是有條件的。volatile的線程安全當然也是有條件的，它是對synchronized這一重量級線程同步的一種補充，其整體性能上優於synchronized。那volatile的線程安全的條件是什麼呢？適合使用在哪些場景？

《java虛擬機》給出兩個條件:

• 運算結果並不依賴變數的當前值（即結果對產生中間結果不依賴），或者能夠確保只有單一的線程修改變數的值

• 變數不需要與其它的狀態變數共同參與不變約束（我認為此條多此一舉，這個其它變數也必須得是線程安全的才行）

那適合哪些場景呢？這個我就不一一舉例了

原文作者

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