Java并发（六）：volatile的实现原理

synchronized是一个重量级的锁，volatile一般被比喻成轻量级的synchronized

volatile是一个变量修饰符，只能用来修饰变量。

volatile写：当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存。

volatile读：当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。

volatile实现原理

1）JMM把内存屏障指令分为下列四类：

StoreLoad Barriers是一个“全能型”的屏障，它同时具备其余三个屏障的效果。现代的多处理器大都支持该屏障（其余类型的屏障不必定被全部处理器支持）。执行该屏障开销会很昂贵，由于当前处理器一般要把写缓冲区中的数据所有刷新到内存中（buffer fully flush）。

Store：数据对其余处理器可见（即：刷新到内存）

Load：让缓存中的数据失效，从新从主内存加载数据 

2）JMM针对编译器制定的volatile重排序规则表

是否能重排序	第二个操做
第一个操做	普通读/写	volatile读	volatile写
普通读/写			NO
volatile读	NO	NO	NO
volatile写		NO	NO

 

 

 

 

 

 

举例来讲，第三行最后一个单元格的意思是：在程序顺序中，当第一个操做为普通变量的读或写时，若是第二个操做为volatile写，则编译器不能重排序这两个操做。

从上表咱们能够看出：

• 当第二个操做是volatile写时，无论第一个操做是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile写以前的操做不会被编译器重排序到volatile写以后。
• 当第一个操做是volatile读时，无论第二个操做是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile读以后的操做不会被编译器重排序到volatile读以前。
• 当第一个操做是volatile写，第二个操做是volatile读时，不能重排序。

JMM内存屏障插入策略(编译器能够根据具体状况省略没必要要的屏障)：

• 在每一个volatile写操做的前面插入一个StoreStore屏障。
  •  对于这样的语句Store1 StoreStore Store2，在Store2及后续写入操做执行前，保证Store1的写入操做对其它处理器可见
• 在每一个volatile写操做的后面插入一个StoreLoad屏障。
  • 对于这样的语句Store1 StoreLoad Load2，在Load2及后续全部读取操做执行前，保证Store1的写入对全部处理器可见
• 在每一个volatile读操做的后面插入一个LoadLoad屏障。
  • 对于这样的语句Load1 LoadLoad Load2，在Load2及后续读取操做要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕
• 在每一个volatile读操做的后面插入一个LoadStore屏障。　　
  • 对于这样的语句Load1 LoadStore Store2，在Store2及后续写入操做被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕

volatile保证可见性

　　volatile修饰的变量写以后将本地内存刷新到主内存，保证了可见性

volatile保证有序性

　　volatile变量读写先后插入内存屏障以免重排序，保证了有序性

volatile不保证原子性

　　volatile不是锁，与原子性无关

　　要我说，因为CPU按照时间片来进行线程调度的，只要是包含多个步骤的操做的执行，自然就是没法保证原子性的。由于这种线程执行，又不像数据库同样能够回滚。若是一个线程要执行的步骤有5步，执行完3步就失去了CPU了，失去后就可能不再会被调度，这怎么可能保证原子性呢。

为何synchronized能够保证原子性 ，由于被synchronized修饰的代码片断，在进入以前加了锁，只要他没执行完，其余线程是没法得到锁执行这段代码片断的，就能够保证他内部的代码能够所有被执行。进而保证原子性。

（摘自http://www.hollischuang.com/archives/2673）

volatile不保证原子性的例子：

/**
 * 建立10个线程，而后分别执行1000次i++操做。目的是程序输出结果10000
 * 可是，屡次执行的结果都小于10000。这其实就是volatile没法知足原子性的缘由。
 */
public class Test {
    public volatile int inc = 0;

    public void increase() {
        inc++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 1)
            // 保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

 

volatile的内存屏障插入策略很是保守，其实在实际中，只要不改变volatile写-读得内存语义，编译器能够根据具体状况优化，省略没必要要的屏障。参考：【死磕Java并发】—–Java内存模型之分析volatile

 

参考资料

深刻理解Java中的volatile关键字

Java并发（一）：Java内存模型干货总结

【死磕Java并发】—–深刻分析volatile的实现原理

再有人问你volatile是什么，把这篇文章也发给他。