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标题: 【成都校区】剖析volatile原理 [打印本页]

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作者: 小刀葛小伦    时间: 2019-5-16 13:14
标题: 【成都校区】剖析volatile原理


volatile可以保证线程可见性且提供了一定的有序性，但是无法保证原子性。在JVM底层volatile是采用“内存屏障”来实现的。

上面那段话，有两层语义

• 保证可见性、不保证原子性
• 禁止指令重排序
  

第一层语义就不做介绍了，下面重点介绍指令重排序。

在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器通常会对指令做重排序：

• 编译器重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序；
• 处理器重排序。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序；
  

指令重排序对单线程没有什么影响，他不会影响程序的运行结果，但是会影响多线程的正确性。既然指令重排序会影响到多线程执行的正确性，那么我们就需要禁止重排序。那么JVM是如何禁止重排序的呢？这个问题稍后回答，我们先看另一个原则happens-before，happen-before原则保证了程序的“有序性”，它规定如果两个操作的执行顺序无法从happens-before原则中推到出来，那么他们就不能保证有序性，可以随意进行重排序。

• 同一个线程中的，前面的操作 happen-before 后续的操作。（即单线程内按代码顺序执行。但是，在不影响在单线程环境执行结果的前提下，编译器和处理器可以进行重排序，这是合法的。换句话说，这一是规则无法保证编译重排和指令重排）。
• 监视器上的解锁操作 happen-before 其后续的加锁操作。（Synchronized 规则）
• 对volatile变量的写操作 happen-before 后续的读操作。（volatile 规则）
• 线程的start() 方法 happen-before 该线程所有的后续操作。（线程启动规则）
• 线程所有的操作 happen-before 其他线程在该线程上调用 join 返回成功后的操作。
• 如果 a happen-before b，b happen-before c，则a happen-before c（传递性）。
  

我们着重看第三点volatile规则：对volatile变量的写操作 happen-before 后续的读操作。为了实现volatile内存语义，JMM会重排序，对happen-before原则有了稍微的了解，我们再来回答这个问题JVM是如何禁止重排序的？观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令。lock前缀指令其实就相当于一个内存屏障。内存屏障是一组处理指令，用来实现对内存操作的顺序限制。volatile的底层就是通过内存屏障来实现的。下图是完成上述规则所需要的内存屏障：volatile暂且下分析到这里，JMM体系较为庞大，不是三言两语能够说清楚的，后面会结合JMM再一次对volatile深入分析。

总结

volatile看起来简单，但是要想理解它还是比较难的，这里只是对其进行基本的了解。volatile相对于synchronized稍微轻量些，在某些场合它可以替代synchronized，但是又不能完全取代synchronized，只有在某些场合才能够使用volatile。使用它必须满足如下两个条件：

• 对变量的写操作不依赖当前值；
• 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。
  

volatile经常用于两个两个场景：状态标记两、double check

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