云时代的 JVM 原理与实战
康杨
京东资深架构师
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云时代的 JVM 原理与实战
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22|Volatile:深入解析JVM中的轻量级同步机制

你好,我是康杨。
在多线程编程中,确保数据的可见性和一致性至关重要。为了解决这个问题,Java 提供了一个特殊的关键字——Volatile,它可以保证线程之间的可见性并提供一种轻量级的同步机制。
今天我们将深入解析 JVM 中的 Volatile 关键字,详细介绍它的工作原理、使用场景及其在实际应用中的最佳实践。这对于深入理解 Java 多线程编程以及提高并发编程能力都是非常有益的。通过学习和掌握 Volatile 关键字的使用方法和原理,我们能够编写出更加高效和可靠的多线程程序。

Volatile VS JMM

我前面介绍过,Java 内存模型(JMM)是 Java 程序在内存中的表示和操作规范。它定义了线程如何在共享内存中存取数据的原则,包括原子性、可见性、有序性等。Volatile 关键字正是基于 JMM 的原则来实现其功能的。

可见性

JMM 中有一个主内存和工作内存的概念。主内存是所有线程共享的内存区域,工作内存是每个线程独立的内存区域。当一个线程修改了主内存中的变量时,这个修改对其他线程是立即可见的。Volatile 关键字正是利用了 JMM 的这一特性,确保变量的可见性。

禁止指令重排序

JMM 对指令重排序做了限制,要求处理器按照顺序执行指令。但是为了提高执行效率,编译器和处理器可能会对指令进行重排序。在这种情况下,Volatile 关键字就派上用场了。它会禁止编译器和处理器对代码进行指令重排序优化,确保代码有序执行。
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JVM中Volatile关键字在多线程编程中的重要性和实际应用场景 本文深入解析了JVM中的Volatile关键字,重点介绍了其在多线程编程中的作用和工作原理。Volatile关键字在Java内存模型中扮演着重要角色,通过内存屏障禁止指令重排序,确保变量的有序性和可见性。尽管Volatile不能保证原子性操作,但它可以与其他同步机制结合使用以实现更好的性能和线程安全。文章列举了Volatile的使用场景,包括优化共享数据的一致性、确保先行发生关系、实现线程安全的单例模式以及提高程序性能等方面。此外,还提供了Volatile的最佳实践,如避免过度使用、控制变量的可见性和先行发生关系等。在实际应用中,Volatile关键字还可以用于实现基于消息传递的框架中的可见性,例如Netty框架中的EventLoop,以及在一些用于高性能计算的框架中进行线程间的数据通信和控制。通过本文,读者可以快速了解Volatile关键字在Java多线程编程中的重要性和实际应用场景,以及遵循最佳实践的重要性。

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  • peter
    请教老师几个问题: Q1:一个用户进程对应一个JVM实例吗? 比如,笔记本电脑上启动3个Java进程,这3个进程是共享一个JVM实例吗? 还是一个进程一个实例? Q2:什么样的变量会放到“主进程”? 文中谈到线程有自己的工作区,还有所有线程共享的主内存。那么,什么样的变量会放到主内存?(或者说,怎么定义一个变量使其放在主内存?) Q3:volatile影响的范围有多大? 比如函数有100行代码,变量定义由10行,变量A用volatile修饰,所有100行代码都受volatile影响吗?还是只有A定义这行代码受影响?或者A之前的代码受影响? Q4:编译器的写屏障与CPU的写屏障是什么关系?
    2023-10-18归属地:北京
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