【JUC】volatile和JMM

【JUC】volatile和JMM

1. volatile

1.1 特点

被volatile关键字修饰的变量有2大特点：

1. 可见性
2. 有序性(禁重排)

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1.2 内存语义

• 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值立即刷新回主内存中。
• 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存设置为无效，直接从主内存中读取共享变量。
• 所以volatile的写内存语义是直接刷新到主内存中，读的内存语义是直接从主内存中读取。

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2. 内存屏障

内存屏障（也称内存栅栏，内存栅障，屏障指令等，是一类同步屏障指令，是CPU或编译器在对内存随机访问的操作中的一个同步点，使得此点之前的所有读写操作都执行后才可以开始执行此点之后的操作），避免代码重排序。内存屏障其实就是一种JVM指令，Java内存模型的重排规则会要求Java编译器在生成JVM指令时插入特定的内存屏障指令，通过这些内存屏障指令，volatile实现了Java内存模型中的可见性和有序性，但volatile无法保证原子性。

内存屏障之前的所有写操作都要回写到主内存，

内存屏障之后的所有读操作都能获得内存屏障之前的所有写操作的最新结果(实现了可见性)。

• 写屏障(Store Memory Barrier)：告诉处理器在写屏障之前将所有存储在缓存(store bufferes)中的数据同步到主内存。也就是说当看到Store屏障指令，就必须把该指令之前的所有写入指令执行完毕才能继续往下执行。
• 读屏障(Load Memory Barrier)：处理器在读屏障之后的读操作，都在读屏障之后执行。也就是说在Load屏障指令之后就能够保证后整免得读取数据指令一定能够读取到最新的数据。

因此重排序时，不允许把内存屏障之后的指令重排序到内存屏障之前。

一句话：对一个 volatile 域的写, happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读，也叫写后读。

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2.1 分类

内存屏障可粗分为2种：

1. 写屏障(Store Memory Barrier)
2. 读屏障(Load Memory Barrier)

还可细分为以下4种：

屏障类型	指令示例	说明
LoadLoad	Load1;LoadLoad;Load2	保证Load1的读取操作在Load2及后续读取操作之前执行
StoreStore	Store1;StoreStore;Store2	在Store2及其后的写操作执行前，保证Store1的写操作已刷新到主内存
LoadStore	Load1;LoadStore;Store2	在Store2及其后的写操作执行前，保证Load1的读操作已读取结束
StoreLoad	Store1;StoreLoad;Load2	保证Store1的写操作已刷新到主内存之后，Load2及其后的读操作才能执行

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2.2 什么叫保证有序性？

禁重排，通过内存屏障禁重排。

1. 重排序有可能影响程序的执行和实现，因此，我们有时候希望告诉JVM不要重排序。
2. 对于编译器的重排序，JMM会根据重排序的规则，禁止特定类型的编译器重排序。
3. 对于处理器的重排序，Java编译器在生成指令序列的适当位置，插入内存屏障指令，来禁止特定类型的处理器排序。

happens-before之volatile变量规则

第一个操作	第二个操作：普通写	第二个操作：volatile读	第二个操作：volatile写
普通读写	可重排	可重排	不可重排
volatile读	不可重排	不可重排	不可重排
volatile写	可重排	不可重排	不可重排

• 当第一个操作为volatile读时，不论第二个操作是什么，都不能重排序。这个操作保证了volatile读之后的操作不会被重排到volatile读之前。
• 当第二个操作为volatile写时，不论第一个操作是什么，都不能重排序。这个操作保证了volatile写之前的操作不会被重排到volatile写之后。
• 当地一个操作为volatile写时，第二个操作为volatile读时，不能重排。

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2.3 内存屏障的4种插入策略

读屏障：

1. 在每个volatile读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障
2. 在每个volatile读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障

• 在每个volatile读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障，禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通读重排序。
• 在每个volatile读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障，禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通写重排序。

写屏障：

3. 在每个volatile写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障
4. 在每个volatile写操作的后面插入一个 SotreLoad 屏障

• 在每个volatile写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障，可以保证在volatile写之前，其前面的所有普通写操作都已经刷新到主内存中。
• 在每个volatile写操作的后面插入一个 StoreLoad 屏障，作用是避免volatile写与后面可能有的volatile读/写操作重排序。