好嘞！各位观众老爷们，欢迎来到“Java并发那些事儿”专场！今天咱们要聊的，可不是那种让人昏昏欲睡的并发理论，而是实实在在、能让你代码跑得飞起的volatile关键字！准备好了吗？让我们一起揭开volatile的神秘面纱，看看它到底是个什么“妖孽”！😎
开场白：并发的爱恨情仇
在多线程的世界里，并发就像一把双刃剑。用好了，程序效率噌噌往上涨，CPU火力全开，性能杠杠的！用不好，那就等着被各种线程安全问题折磨吧！什么数据不一致、死锁、活锁，分分钟让你怀疑人生。
想象一下，你和你的小伙伴同时修改同一份文档，如果没有协调机制，结果会怎样？要么你覆盖了他的修改，要么他覆盖了你的，最终文档内容变得一塌糊涂，谁也说不清哪个版本是正确的。这就是并发带来的问题，就好比一群熊孩子在同一个房间里抢玩具，不打起来才怪！
而Java并发编程，就像驯服这些熊孩子，让它们乖乖地共享资源，和谐共处。volatile关键字，就是我们驯服它们的一件利器！
第一幕：内存模型是个啥？（Memory Model）
要想理解volatile，就必须先搞清楚Java内存模型（Java Memory Model，简称JMM）。别怕，这玩意儿听起来高大上，其实也没那么玄乎。
你可以把JMM想象成一个大舞台，每个线程都是一个演员，CPU是舞台灯光师，而内存就是舞台的背景。
- 主内存（Main Memory）： 这是舞台的背景，所有演员共享的道具都放在这里。可以理解为所有线程共享的内存区域，存储着共享变量。
- 工作内存（Working Memory）： 这是演员的化妆间，每个演员都有自己的化妆间，里面放着他们需要使用的道具的副本。每个线程都有自己的工作内存，存储着主内存中共享变量的副本。
演员要用道具，不能直接从舞台背景拿，必须先从舞台背景复制一份到自己的化妆间，用完了再把修改后的道具放回舞台背景。
问题来了： 演员们各自在化妆间里修改道具，然后才放回舞台背景，这期间舞台背景上的道具还是旧的！如果另一个演员也需要用到这个道具，并且是从旧的舞台背景上复制的，那么他用的就是过时的数据！
这就像一个简单的银行账户：
- 线程A从主内存中读取账户余额（假设是100元）到自己的工作内存。
- 线程B也从主内存中读取账户余额（也是100元）到自己的工作内存。
- 线程A在自己的工作内存中给账户存入50元，账户余额变为150元，然后将150元写回主内存。
- 线程B在自己的工作内存中给账户取出20元，账户余额变为80元，然后将80元写回主内存。
最终，主内存中的账户余额是多少？80元？150元？都有可能！这完全取决于线程A和线程B谁先写回主内存。这种情况，我们就称之为数据不一致。
第二幕：volatile闪亮登场！
volatile关键字的作用，就像给舞台背景加了一个“实时同步”的魔法。它告诉JVM：
- “注意啦！这个变量很敏感，任何线程修改了它，必须立刻同步到主内存！”
- “任何线程要读取这个变量，必须从主内存中读取最新的值！”
这样一来，演员们就不能各自为政，必须时刻关注舞台背景上的道具变化，确保自己使用的都是最新的数据。
换句话说，volatile保证了可见性。
举个栗子：
public class VolatileExample {
private volatile boolean running = true;
public void start() {
new Thread(() -> {
while (running) {
// do something
System.out.println("Thread is running...");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("Thread stopped.");
}).start();
}
public void stop() {
running = false;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
VolatileExample example = new VolatileExample();
example.start();
Thread.sleep(1000); // 让线程跑一会儿
example.stop(); // 停止线程
}
}在这个例子中，running变量被声明为volatile。如果没有volatile，stop()方法修改了running的值，线程可能不会立即停止，因为它可能还在使用自己工作内存中的旧值。加上volatile之后，stop()方法修改running的值后，线程会立即从主内存中读取最新的running值，从而停止循环。
第三幕：volatile的特性：可见性与有序性
volatile主要有两个特性：
- 可见性（Visibility）： 保证了所有线程对
volatile变量的读写操作都是“可见”的，即任何线程修改了volatile变量的值，其他线程都能立即看到最新的值。 - 有序性（Ordering）： 禁止指令重排序优化。
指令重排序？
为了提高程序运行效率，编译器和处理器可能会对指令进行重排序。比如：
int a = 1; // 语句1
int b = 2; // 语句2
int c = a + b; // 语句3编译器可能会将语句1和语句2的顺序调换，因为它们之间没有依赖关系。这样做在单线程环境下没有任何问题，但是在多线程环境下，可能会导致意想不到的结果。
volatile通过插入内存屏障（Memory Barrier）来禁止指令重排序优化，保证了代码的执行顺序按照程序员的意愿进行。
第四幕：volatile适用场景
volatile虽然强大，但也不是万能的。它只能保证单个volatile变量的原子性操作。
啥是原子性？
原子性是指一个操作是不可中断的，要么全部执行成功，要么全部执行失败。就像一个事务，要么全部提交，要么全部回滚。
volatile能保证对volatile变量的读操作和写操作的原子性，但是不能保证复合操作的原子性。
举个反例：
public class VolatileCounter {
private volatile int count = 0;
public void increment() {
count++; // 这不是原子操作！
}
public int getCount() {
return count;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
VolatileCounter counter = new VolatileCounter();
Thread[] threads = new Thread[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
counter.increment();
}
});
threads[i].start();
}
for (Thread thread : threads) {
thread.join();
}
System.out.println("Count: " + counter.getCount()); // 结果可能小于10000
}
}在这个例子中，count++操作实际上包含了三个步骤：
- 读取
count的值。 - 将
count的值加1。 - 将加1后的值写回
count。
这三个步骤不是原子操作，所以在多线程环境下，可能会出现线程A读取了count的值，然后线程B也读取了count的值，线程A将count的值加1并写回，线程B也将count的值加1并写回，最终count的值只增加了1，而不是2。
所以，volatile适用于以下场景：
- 状态标记量： 就像我们之前的例子，用
volatile标记一个running变量，用于控制线程的运行状态。 - 一次性安全发布： 当某个对象只需要被初始化一次，并且初始化完成后就可以被多个线程安全地访问时，可以使用
volatile。
第五幕：volatile vs synchronized
volatile和synchronized都是Java并发编程中常用的关键字，但它们的作用和适用场景却大相径庭。
| 特性 | volatile | synchronized |
| ———- | ————————————————————————————————————————————————————————— | ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————0. 线程封闭（Thread confinement）：如果使用ThreadLocal，它会在每个线程中创建变量的副本，相当于每个线程有自己的私有变量，天然线程安全。
- 数据不可变（Immutability）：将对象设计为不可变对象，例如String，Integer等，不可变对象天生就是线程安全的
- 原子类（Atomic Class）：java.util.concurrent.atomic包下提供了一些原子类，例如AtomicInteger，AtomicLong等，它们使用CAS等技术保证了原子性操作。
第六幕：总结：volatile的正确打开方式
volatile是一个简单而强大的关键字，用得好能让你的代码更高效，用不好就可能带来难以调试的问题。记住，volatile不是万能的，它只能保证可见性和有序性，不能保证原子性。
什么时候用volatile？
- 当多个线程需要读取同一个变量，并且其中一个线程可能会修改这个变量的值时，可以使用
volatile来保证可见性。 - 当需要禁止指令重排序优化时，可以使用
volatile来保证有序性。
什么时候不用volatile？
- 当需要保证原子性操作时，不能使用
volatile，应该使用synchronized或者原子类。 - 当变量的值不经常变化时，使用
volatile可能会带来额外的性能开销，因为每次读写都需要同步到主内存。
结尾：并发编程，任重道远
并发编程是一门复杂的艺术，需要深入理解底层原理，并根据实际情况选择合适的工具。volatile只是其中的一个工具，掌握它，能让你在并发编程的道路上更进一步！
希望今天的讲解能帮助大家更好地理解volatile关键字。下次再见！👋