volatile保證可見性及重排序方法

更新時間：2022年08月04日 14:48:56 作者：Mark_Zoe

這篇文章主要為大家介紹了volatile保證可見性及重排序方法詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

一、JMM的內(nèi)存可見性保證

按程序類型，Java程序的內(nèi)存可見性保證可以分為下列3類：

單線程程序：單線程程序不會出現(xiàn)內(nèi)存可見性問題。編譯器、runtime和處理器會共同確保單線程程序的執(zhí)行結(jié)果與該程序在順序一致性模型中的執(zhí)行結(jié)果相同。

正確同步的多線程程序：正確同步的多線程程序的執(zhí)行將具有順序一致性（程序的執(zhí)行結(jié)果與該程序在順序一致性內(nèi)存模型中的執(zhí)行結(jié)果相同）。這是JMM關(guān)注的重點，JMM通過限制編譯器和處理器的重排序來為程序員提供內(nèi)存可見性保證。

未同步/未正確同步的多線程程序：JMM為它們提供了最小安全性保障：線程執(zhí)行時讀取到的值，要么是之前某個線程寫入的值，要么是默認值未同步程序在JMM中的執(zhí)行時，整體上是無序的，其執(zhí)行結(jié)果無法預知。 JMM不保證未同步程序的執(zhí)行結(jié)果與該程序在順序一致性模型中的執(zhí)行結(jié)果一致。

二、volatile的內(nèi)存語義

1、volatile的特性

可見性：對一個volatile變量的讀，總是能看到（任意線程）對這個volatile變量最后的寫入。

原子性：對任意單個volatile變量的讀/寫具有原子性，但類似于volatile++這種復合操作不具有原子性（基于這點，我們通過會認為volatile不具備原子性）。volatile僅僅保證對單個volatile變量的讀/寫具有原子性，而鎖的互斥執(zhí)行的特性可以確保對整個臨界區(qū)代碼的執(zhí)行具有原子性。

有序性：對volatile修飾的變量的讀寫操作前后加上各種特定的內(nèi)存屏障來禁止指令重排序來保障有序性。

volatile 寫-讀的內(nèi)存語義：

當寫一個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。

當讀一個volatile變量時，JMM會把該線程對應(yīng)的本地內(nèi)存置為無效，線程接下來將從主內(nèi)存中讀取共享變量。

2、volatile可見性實現(xiàn)原理

JMM內(nèi)存交互層面實現(xiàn)：volatile修飾的變量的read、load、use操作和assign、store、write必須是連續(xù)的，即修改后必須立即同步回主內(nèi)存，使用時必須從主內(nèi)存刷新，由此保證volatile變量操作對多線程的可見性。

硬件層面實現(xiàn)：通過lock前綴指令，會鎖定變量緩存行區(qū)域并寫回主內(nèi)存，這個操作稱為“緩存鎖定”，緩存一致性機制會阻止同時修改被兩個以上處理器緩存的內(nèi)存區(qū)域數(shù)據(jù)。一個處理器的緩存回寫到內(nèi)存會導致其他處理器的緩存無效。

三、指令重排序

Java語言規(guī)范規(guī)定JVM線程內(nèi)部維持順序化語義。即只要程序的最終結(jié)果與它順序化情況的結(jié)果相等，那么指令的執(zhí)行順序可以與代碼順序不一致，此過程叫指令的重排序。指令重排序的意義：JVM能根據(jù)處理器特性（CPU多級緩存系統(tǒng)、多核處理器等）適當?shù)膶C器指令進行重排序，使機器指令能更符合CPU的執(zhí)行特性，最大限度的發(fā)揮機器性能。在編譯器與CPU處理器中都能執(zhí)行指令重排優(yōu)化操作。