正确认识volatile（一）

重塑之路 2020-05-17

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volatile是Java中的一个关键词，我们在工作中很少会用到，但是这个是面试一定会问到的知识点，所以我们不得不去深入学习。要说volatile的使用场景，讲一个最好理解的：DCL。

关于volatile，一般面试官就一个问题：你从底层实现原理层面讲讲你对volatile的认识吧。各位要如何作答呢？

volatile很难学，为什么呢？因为想搞清楚它的实现原理，需要从以下几个方面去研究：

1、Java代码层面，即加volatile与不加有什么区别

2、Java字节码层面，即读写加了volatile修饰的变量的字节码长啥样子

3、openjdk层面，即jdk源码是如何处理加了volatile修改的变量的

4、c++层面，因为openjdk是由c/c++实现的，Java中的volatile底层用了c/c++的volatile

5、汇编层面，大家经常看到的内存屏障就是借助汇编指令lock实现的

6、编译器优化，即编译器优化到底是什么东西？优化了什么？加了volatile有什么区别……

这样讲下来大家是否对volatile有个整体上的认知了呢？为了讲明白volatile，讲得通俗易懂，目前来看至少需要3-4篇文章。本篇文章聚焦一个知识点：自上（Java代码层面）而下（c++代码）深入讲解JVM是如何处理加了volatile的读。

怎样算毕业

相信很多人都有这样的疑问：怎样才算学会了volatile？

如果你对Java中的volatile是如何实现多核多线程环境下这几个区域的数据一致性的，你就算学明白了：

1、当前CPU缓存，即当前执行写volatile修饰的变量的那个CPU，这个时候只有这个CPU缓存中的值是最新的

2、其他CPU缓存，即之前执行过volatile修饰的变量的所有CPU，这些CPU缓存中的值都是修改之前的

3、主存，即OS内存、Native Memory

4、工作内存，这是学习volatile时所有的书或文章都会提及的一个词。很多人的认知中：工作内存=虚拟机栈或者工作内存包含虚拟机栈。其实工作内存跟虚拟机栈根本就不存在任何父子关系或兄弟关系，所以你看过的很多书或文章对这块的讲解都是错误的。关于这个错误的正确认识我会在下篇讲解读volatile修饰的变量中给出答案。

5、虚拟机栈，即每个线程独有的一小块空间。

这里给出我看openjdk源码后得出的结论，具体的讲解，往后看：

读完成了工作内存与虚拟机栈的数据一致性，而且这个一致性是有延迟的，即在写之后的下一次读才能读到修改后的数值。
写完成了当前CPU缓存、其他CPU缓存、主存、工作内存这四个区域的数据一致性，那是怎么做到的呢？下篇讲。

上代码

1、Java代码

public class Test3 {
    public static volatile int found = 0;


    public static void main(String[] args)  {
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("等基友送笔来...");


                while (0 == found) {
                }


                System.out.println("笔来了，开始写字...");
            }
        }, "我线程").start();


        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }


                System.out.println("基友找到笔了，送过去...");


                change();
            }
        }, "基友线程").start();
    }


    public static void change() {
        found = 1;
    }
}

稍微解释下这段代码：有两个线程：我线程、基友线程。『我线程』通过死循环阻塞在那里等待『基友线程』找到笔送过来，然后开始写字。『基友线程』等待一会就去找笔，找到了就送过去。

2、Java字节码（读）

这个是「我线程」run方法的字节码

3、Java字节码（写）

这是chang方法的字节码

4、openjdk源码（读）

CASE(_getstatic):
{
  ……
    if (cache->is_volatile()) {
    ……
    if (tos_type == atos) {
      
    } else if (tos_type == itos) {
      SET_STACK_INT(obj->int_field_acquire(field_offset), -1);
    }
……

#define SET_STACK_INT(value, offset)   \ 
    (*((jint *)&topOfStack[-(offset)]) = (value))

5、openjdk源码（写）

CASE(_putfield):
CASE(_putstatic):
{
  ……


  //
  // Now store the result
  //
  int field_offset = cache->f2_as_index();
  if (cache->is_volatile()) {
    if (tos_type == itos) {
      obj->release_int_field_put(field_offset, STACK_INT(-1));
    } 
    
    ……
    
    OrderAccess::storeload();

解密『读』

关于读volatile修饰的共享变量，流传着一个错误的认知：读的时候会进行判断，判断虚拟机栈中是否存在这个变量，如果有就直接用，如果没有就去主存中取值，然后在虚拟机栈中创建一份拷贝，以备后续使用。看openjdk的源码后你就会发现，这个观点纯属瞎扯。

正确的认知是：读取volatile修饰的共享变量时，总是从主存中取数据，然后压入虚拟机栈中供程序运行使用。也就是说只要你修改的volatile修饰的变量同步到主存中了，那在读的时候一定是最新的值，只不过存在很微小的一点点延迟。所以学习volatile的核心在写。

结尾

这样就将读volatile修饰的变量的本质讲清楚了，看完有疑问的童鞋留言提问。

这里给大家两个与大家认知不太一样的结论，大家可以思考下看能否想明白：

工作内存与虚拟机栈没有任何关系
工作内存 = 方法区 + 堆区

关于这两个结论的正确认知及写volatile修饰的变量时是如何保证当前CPU缓存、其他CPU缓存、主存、工作内存四个区域的一致性的，下篇文章见。

数据库

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