java 内存模型 volatile 语义

本文参考 《深入理解JAVA虚拟机》（周志明） **第二版**，p362 ，对文中内容提炼加以总结而成。 - java内存模型的产生，是为了解决各个硬件和操作系统对内存访问的差异。 - 主要针对变量来定义各种规则，线程私有变量不算，因为不存在线程安全问题 - “二八原则”，二指两个内存，线程工作内存、 主内存。线程工作内存无法直接访问（读写）主内存，每个线程的线程工作内存也无法直接互相访问。这两个内存的交互有具体协议，即八个原子操作 - `lock： 作用于主内存，把一个变量表示为一条线程独占` `unlock： 作用于主内存，把一个处于锁定的变量释放，释放后才可以被其他线程锁定` `read：作用于主内存的变量，把主内存变量值传入工作内存，方便后面 load` `load：作用于工作内存，将read读取的值载入工作内存副本` `use：作用于工作哦内存，把工作内存的某个值传给执行引擎，虚拟机每次使用变量值则调用这个` `assign：作用于工作内存的变量，把一个从执行引擎接收到的值复制给工作内存的变量，虚拟机每次给变量复制使用这个` `store：作用于工作内存的变量，把工作内存值传给主内存 （类比read）` `write：作用于主内存的变量，把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存中（类比load）` 这8个原子操作的一些规定 和 后面 volatile的某些特殊约定，共同决定了java线程安全体系。 ``` 1. （read load） （store write） 这两组操作必须按顺序执行 2. （read load） （store write）这两组操作必须完整，不能只出现read 没有load 类似这种 3. 如果执行了 assign， 则后续必须有 store write 4. 不允许无原因的（没发生过 assign），就发生 store write 5. 新变量只能在主内存中诞生 6. lock可以被一个线程执行多次，但unlock需要相同的次数 7. lock会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行 load 或 assign 8. 没有lock 不可 unlock 9. unlock之前 ，必须对该变量 store write ``` synchronized 隐式的使用lock和unlock，对于7和9来说，可以保证线程间变量的可见性 `可见性：一个线程修改了这个变量的值，其他线程可以立即知道` volatile规则： `volatile能保证变量在线程之间的可见性` volatile修饰的变量具有的可见性，用8个原子操作解释为： use之前，必须 read+load，assign之后，必须 store+write `volatile能禁止指令重排序优化` 重排序优化是机器级的优化操作，用代码形象解释如下： ``` volatile boolean initialized = false; //thread A loadConfig(); initialized = true; //thread B while(!initialized){ sleep(); } doNext(); ``` 这代码意思就是 线程A先 loadConfig(),然后 initialized 为 true，线程B再去进行下面工作。如果进行重排序优化，则可能先在A线程 先执行 initiallized = true，后执行loadConfig()，导致B在 A线程 loadConfig() 之前跳出 while循环，显然不对。 volatile如何禁止重排序的呢，使用`内存屏障`。其实重排序优化是有条件的，必须前后无依赖，比如 : ``` A = A+10 A *= 2 ``` 类似这里（举个栗子，不代表任意代码） 两个语句前后依赖，就不能重排序。所谓的`内存屏障`，就是刻意制造这种依赖，致使代码不能重排序。（`具体操作 lock addl $0x0,(%esp)，把ESP寄存器的值加0，显然是一个空操作，相当于做了一次 store + write，只不过啥也没改，但是你不能越过这个操作去执行下面的操作`） 从8个原子操作理解的话，即为： ``` T表示线程，所以这里在同一个线程内 A B 表示操作 V W 表示volatile变量 A1：T->V use | assign A2：T->V load | store A3：T->V read | write B1：T->W use | assign B2：T->W load | store B3：T->W read | write A1先于B1 => A3先于B3 ======== 个人理解： V = 1; （执行了 A1，A2，A3） W = 2；（执行了 B1，B2，B3） 从代码上来看，A3 先于 B3，由于不能重排序 所以 A1 一定先于 B1 ```