volatile可見性實驗

舉個栗子

我這里開了兩個線程，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)果是會一致卡在死循環(huán)，控制臺沒有任何輸出

假如將flag讓volatile來進行修飾

結(jié)果是：三秒后，就不會不斷打印出信息出來

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

volatile的特性

volatile其實相當(dāng)于對變量的單詞讀或?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義，即鎖的happens-before，鎖的happens-before規(guī)定了釋放鎖的操作對于后續(xù)獲得鎖操作是可見的，所以釋放鎖的線程對于后續(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，會分成高32位和低32位去執(zhí)行，但由于鎖，會導(dǎo)致這個操作也是具有原子性的，因為鎖的語義決定了臨界區(qū)代碼的執(zhí)行具有原子性，即必須要整個代碼塊執(zhí)行完，如果沒有鎖，那么就不是原子性的，可能會被分成不連續(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，對其單詞讀或?qū)懖僮鞫际蔷哂性有缘?，但如果類似于i++這種操作就不具備原子性了，因為這本來就是兩條命令

2.可見性：操作volatile變量的線程是可以獲取前一個線程對其的修改，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

寫語義

volatile寫的內(nèi)存語義如下：

當(dāng)寫一個volatile變量時，JMM會把該線程對應(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，這個刷新是按緩存行的形式（64字節(jié)）

舉個栗子

兩個線程，A線程修改flag與A，flag與A原本為默認值

所以volatile的寫是有兩個操作的，然后這兩個操作會合成一個原子操作

讀語義

volatile的讀內(nèi)存語義為：當(dāng)讀一個volatile變量時，JVM會把線程對應(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：是讀的時候會置為無效，假如不讀就不會置為無效然后重新獲取

還是上面的栗子，不過多了一個線程B，線程B一開始讀的是默認值，后來再進行了一次讀取

總結(jié)一下讀寫語義

讀寫語義對應(yīng)的其實就是volatile的變量修飾后，會進行怎樣的過程

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

• 線程A去寫volatile變量，實質(zhì)上是線程A對其他要操控該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，實質(zhì)上是線程B接收到了之前某個線程發(fā)出的消息（可能沒有消息，不過也認為接收到），知道這個變量改了，需要去重新獲取
• 所以A寫B(tài)讀，就實現(xiàn)了兩個線程之間的通信，雖然不太嚴謹，因為可能A不寫，B也要讀

volatile的實現(xiàn)

前面已經(jīng)提到過volatile的實現(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，下面就來再詳細研究

volatile的內(nèi)存語義實現(xiàn)

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

為了實現(xiàn)volatile內(nèi)存語義，JMM會限制重排序，因為重排序會讓語義出現(xiàn)變化，也就是會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會限制編譯器重排序與處理器重排序，并不會限制內(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€操作是volatile寫時，無論第一個操作是什么，都不能發(fā)生重排序，保證了volatile寫之前的操作不會被重排序到寫后面
• 當(dāng)?shù)谝粋€操作是volatile讀的時候，無論第二個操作是什么，都不能發(fā)生重排序，保證了volatile讀之后的操作不會被重排序到讀之前
• 當(dāng)?shù)谝粋€操作為volatile寫的時候，且第二個操作是volatile讀的時候，是不可以發(fā)生重排序

第三個比較容易理解，因為volatile寫會影響后面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

其實都是因為volatile的讀語義，每次volatile讀都會使緩存行失效，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€操作為volatile讀的時候，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)可能是會刷新進主存中的，此時volatile讀是會出現(xiàn)問題的
• 當(dāng)?shù)谝粋€操作為volatile讀的時候，第二個操作也為volatile讀的時候，會形成兩次新的緩存行，而每次緩存行相同變量對應(yīng)的值都可能不一樣，此時如果發(fā)生重排序，就會出現(xiàn)不一致，比如，不發(fā)生重排序時，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€操作為volatile寫的時候，會直接修改主存，影響后面的volatile讀，所以對于第二個操作為volatile讀是不可以重排序的
• 當(dāng)?shù)谝粋€操作為volatile寫的時候，會直接修改主存，是會對其他線程造成影響的，同時重排序的話，會造成結(jié)果不一致，所以也不可以重排序volatile寫
• 當(dāng)?shù)谝粋€操作為volatile寫的時候，可以普通讀，但不可以普通寫，因為普通寫后面也會更新到主存中去，重排序也是會導(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)然這會導(dǎo)致并發(fā)問題
• 普通讀寫和volatile讀之間，只有一個volatile讀要求，這個讀要求不會被普通讀寫影響，所以也是可以重排序，不過對于普通讀寫部分會產(chǎn)生并發(fā)問題

為了實現(xiàn)內(nèi)存語義，編譯器在生成字節(jié)碼時，會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，對于執(zhí)行效率來說，屏障數(shù)越少越好，但讓JMM去動態(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volatile寫操作的前面插入一個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volatile寫操作的后面插入一個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volatile讀操作的后面插入一個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volatile讀操作的后面插入一個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)存語義的文章就介紹到這了,更多相關(guān)volatile的內(nèi)存語義內(nèi)容請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！

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