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volatile原理

Java菜鸟日志 2021-09-22
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JMM原子性操作

read,读取,从主内存读取数据

load,载入,将主内存读取到的数据写入工作内存

use,使用,从工作内存读取数据来计算

assign,赋值,将计算好的值重新赋值到工作内存中

store,存储,将工作内存数据写入主内存

write,写入,将store过去的变量赋值给主内存的变量

lock,锁定,将主内存变量加锁,标识为线程独占状态

unlock,解锁,将主内存变量解锁,解锁后其他线程可锁定该变量


内存可见性相关概念:线程对共享变量修改的可见性。当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能够立刻得知这个修改。volatile使用Lock前缀的指令禁止线程本地内存缓存,保证不同线程之间的内存可见性。


为了提高处理速度,处理器不直接和内存进行通信,而是先将系统内存的数据读到内部缓存(L1,L2或其他)后再进行操作,但操作完不知道何时会写到内存。


如果对声明了volatile的变量进行写操作,JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令,将这个变量所在缓存行的数据会立即写回到系统内存。


但是,就算写回到内存,如果其他处理器缓存的值还是旧的,再执行计算操作就会有问题。所以在多处理器下,为了保证各个处理器的缓存是一致的,就会实现缓存一致性协议,每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了,当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改,就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态,当处理器对这个数据进行修改操作的时候,会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里。


Lock前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情:

1、将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。

2、一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。

3、禁止指令重排序


volatile禁止指令重排序语义的实现

通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。


指令重排序:在不影响单线程程序执行结果的前提下,计算机为了最大限度发货机器的性能,会对机器指令重排序优化。重排序会遵循as-if-serial 与happens-before 原则。





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