volatile可見性實(shí)驗(yàn)

舉個(gè)栗子

我這里開了兩個(gè)線程，后面的線程去修改volatile變量，前面的線程不斷獲取volatile變量，

結(jié)果是會(huì)一致卡在死循環(huán)，控制臺(tái)沒有任何輸出

假如將flag讓volatile來進(jìn)行修飾

結(jié)果是：三秒后，就不會(huì)不斷打印出信息出來

注意，Thread.sleep是會(huì)刷新線程內(nèi)存的，所以不要使用Thread.sleep來分別讓一個(gè)線程獲取兩次volatile變量

volatile的特性

volatile其實(shí)相當(dāng)于對(duì)變量的單詞讀或?qū)懖僮骷恿随i、做了同步

由于是加了鎖，所以就有前面提到的鎖的語(yǔ)義，即鎖的happens-before，鎖的happens-before規(guī)定了釋放鎖的操作對(duì)于后續(xù)獲得鎖操作是可見的，所以釋放鎖的線程對(duì)于后續(xù)獲得鎖的線程是可見的，意味著volatile修飾的變量的最后寫入是可以被后面獲得鎖的線程讀取的

32位的操作系統(tǒng)去操作64位的變量時(shí)，會(huì)分成高32位和低32位去執(zhí)行，但由于鎖，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)操作也是具有原子性的，因?yàn)?strong>鎖的語(yǔ)義決定了臨界區(qū)代碼的執(zhí)行具有原子性，即必須要整個(gè)代碼塊執(zhí)行完，如果沒有鎖，那么就不是原子性的，可能會(huì)被分成不連續(xù)的兩步來執(zhí)行

所以，volatile變量自身是具有下面特性的

1.原子性：無論多大的變量，對(duì)其單詞讀或?qū)懖僮鞫际蔷哂性有缘模绻愃朴趇++這種操作就不具備原子性了，因?yàn)檫@本來就是兩條命令

2.可見性：操作volatile變量的線程是可以獲取前一個(gè)線程對(duì)其的修改，即當(dāng)前線程總是可以看到volatile變量最后的寫入

volatile 寫與讀的內(nèi)存語(yǔ)義

我們先來研究一下什么依賴關(guān)系需要volatile

前面提到過總共有三種依賴關(guān)系

• 讀后寫
• 寫后讀
• 寫后寫

volatile是實(shí)現(xiàn)可見性的，所以寫后寫就不用考慮了，而且讀后寫是不需要可見性的，所以需要可見性的是寫后讀

寫語(yǔ)義

volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義如下：

當(dāng)寫一個(gè)volatile變量時(shí)，JMM會(huì)把該線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存中的共享變量值刷新到主內(nèi)存（即不僅修改了本地內(nèi)存，而且還刷新到了主內(nèi)存），注意，這個(gè)刷新是按緩存行的形式（64字節(jié)）

舉個(gè)栗子

兩個(gè)線程，A線程修改flag與A，flag與A原本為默認(rèn)值

所以volatile的寫是有兩個(gè)操作的，然后這兩個(gè)操作會(huì)合成一個(gè)原子操作

讀語(yǔ)義

volatile的讀內(nèi)存語(yǔ)義為：當(dāng)讀一個(gè)volatile變量時(shí)，JVM會(huì)把線程對(duì)應(yīng)的本地內(nèi)存置為無效，接下來重新去主內(nèi)存中讀取共享變量，并且更新本地內(nèi)存，注意：是讀的時(shí)候會(huì)置為無效，假如不讀就不會(huì)置為無效然后重新獲取

還是上面的栗子，不過多了一個(gè)線程B，線程B一開始讀的是默認(rèn)值，后來再進(jìn)行了一次讀取

總結(jié)一下讀寫語(yǔ)義

讀寫語(yǔ)義對(duì)應(yīng)的其實(shí)就是volatile的變量修飾后，會(huì)進(jìn)行怎樣的過程

其實(shí)volatile的讀寫語(yǔ)義，就是線程之間的通信，所以volatile也是實(shí)現(xiàn)了線程之間的通信，來提供可見性

• 線程A去寫volatile變量，實(shí)質(zhì)上是線程A對(duì)其他要操控該volatile變量的其他線程發(fā)出了消息，該消息表明了線程A已經(jīng)把該變量修改了，其他線程需要重新去獲取
• 線程B去讀volatile變量時(shí)，實(shí)質(zhì)上是線程B接收到了之前某個(gè)線程發(fā)出的消息（可能沒有消息，不過也認(rèn)為接收到），知道這個(gè)變量改了，需要去重新獲取
• 所以A寫B(tài)讀，就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)線程之間的通信，雖然不太嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)榭赡蹵不寫，B也要讀

volatile的實(shí)現(xiàn)

前面已經(jīng)提到過volatile的實(shí)現(xiàn)，字節(jié)碼上加了acc_volatile修飾符，然后指令層面上是使用了內(nèi)存屏障，下面就來再詳細(xì)研究

volatile的內(nèi)存語(yǔ)義實(shí)現(xiàn)

volatile還有一個(gè)功能就是可以防止命令重排序，也就是volatile的內(nèi)存語(yǔ)義

為了實(shí)現(xiàn)volatile內(nèi)存語(yǔ)義，JMM會(huì)限制重排序，因?yàn)橹嘏判驎?huì)讓語(yǔ)義出現(xiàn)變化，也就是會(huì)打斷與別的線程的通信，前面提到過，重排序總共有三種，而JMM會(huì)限制編譯器重排序與處理器重排序，并不會(huì)限制內(nèi)存重排序

單純看表，很難去辨別為什么，所以下面只看不發(fā)生重排序的部分

• 當(dāng)?shù)诙€(gè)操作是volatile寫時(shí)，無論第一個(gè)操作是什么，都不能發(fā)生重排序，保證了volatile寫之前的操作不會(huì)被重排序到寫后面
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作是volatile讀的時(shí)候，無論第二個(gè)操作是什么，都不能發(fā)生重排序，保證了volatile讀之后的操作不會(huì)被重排序到讀之前
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile寫的時(shí)候，且第二個(gè)操作是volatile讀的時(shí)候，是不可以發(fā)生重排序

第三個(gè)比較容易理解，因?yàn)関olatile寫會(huì)影響后面volatile讀的嘛，先寫后讀跟線讀后寫是完全不一樣的，所以兩次操作分別為volatile讀和volatile寫或volatile寫和volatile讀都是不允許重排序的

關(guān)鍵在于前兩條怎么理解

其實(shí)都是因?yàn)関olatile的讀語(yǔ)義，每次volatile讀都會(huì)使緩存行失效，需要去重新獲取緩存行，緩存行中不僅有volatile變量，還有其他共享變量

現(xiàn)在回到第二條

• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile讀的時(shí)候，后面也是普通讀，重排序是沒有問題，但如果后面是普通寫，普通寫后續(xù)可能是會(huì)刷新進(jìn)主存中的，此時(shí)volatile讀是會(huì)出現(xiàn)問題的
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile讀的時(shí)候，第二個(gè)操作也為volatile讀的時(shí)候，會(huì)形成兩次新的緩存行，而每次緩存行相同變量對(duì)應(yīng)的值都可能不一樣，此時(shí)如果發(fā)生重排序，就會(huì)出現(xiàn)不一致，比如，不發(fā)生重排序時(shí)，從第一次新的緩存行里面讀A，從第二次新的緩存行里面讀B，發(fā)生了重排序后，就是從第一次新的緩存行里面讀B2，從第二次新的緩存行里面讀A2，B與B2是不一樣的，A于A2也是不一樣的，所以不可以重排序

現(xiàn)在回到第一條

• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile寫的時(shí)候，會(huì)直接修改主存，影響后面的volatile讀，所以對(duì)于第二個(gè)操作為volatile讀是不可以重排序的
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile寫的時(shí)候，會(huì)直接修改主存，是會(huì)對(duì)其他線程造成影響的，同時(shí)重排序的話，會(huì)造成結(jié)果不一致，所以也不可以重排序volatile寫
• 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作為volatile寫的時(shí)候，可以普通讀，但不可以普通寫，因?yàn)槠胀▽懞竺嬉矔?huì)更新到主存中去，重排序也是會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不一致的

接下來關(guān)于不需要重排序的

• 普通讀寫和普通讀寫之前沒有volatile要求，所以可以重排序，當(dāng)然這會(huì)導(dǎo)致并發(fā)問題
• 普通讀寫和volatile讀之間，只有一個(gè)volatile讀要求，這個(gè)讀要求不會(huì)被普通讀寫影響，所以也是可以重排序，不過對(duì)于普通讀寫部分會(huì)產(chǎn)生并發(fā)問題

為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存語(yǔ)義，編譯器在生成字節(jié)碼時(shí)，會(huì)在指令序列中插入內(nèi)存屏障來禁止特定類型的處理器重排序，也就是上面提到的限制重排序的類型，對(duì)于執(zhí)行效率來說，屏障數(shù)越少越好，但讓JMM去動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的屏障布置是不可能的，所以采用了保守策略的JMM內(nèi)存屏障和插入策略

1.在每一個(gè)volatile寫操作的前面插入一個(gè)StoreStore屏障，保證了在volatile寫操作之前，上面的所有寫操作已經(jīng)執(zhí)行完成，并且都刷新到主存中

2.在每一個(gè)volatile寫操作的后面插入一個(gè)StoreLoad屏障，保證了必須執(zhí)行完volatile寫操作，下面的讀操作才可以執(zhí)行

3.在每一個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadLoad屏障，保證了在volatile讀之前，上面的所有讀操作都要完成

4.在每一個(gè)volatile讀操作的后面插入一個(gè)LoadStore屏障，保證了下面的寫操作，必須要等待volatile讀操作完成才可以繼續(xù)

由于第一次操作為普通讀，第二次操作為volatile讀是允許發(fā)生重排序的，所以volatile讀前面不需要加內(nèi)存屏障

到此這篇關(guān)于深度理解Java中volatile的內(nèi)存語(yǔ)義的文章就介紹到這了,更多相關(guān)volatile的內(nèi)存語(yǔ)義內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論