Volatile的内存语义

内存语义

内存语义指的是：
在多线程或处理器中用来控制存取共享内存位置，或者说是在更高层次上共享变量的处理逻辑。

volatile的happens-before原则

volatile变量原则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。

volatile的内存语义

volatile的内存语义即是用来保证volatile的happens-before原则。

• volatile写：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刷新到主内存。

  
  

• volatile读：当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。

  
  

• 线程A写一个volatile变量，实质上是线程A向接下来将要读这个volatile变量的某个线程发出了（其对共享变量所做修改的）消息。

• 线程B读一个volatile变量，实质上是线程B接收了之前某个线程发出的（在写这个volatile变量之前对共享变量所做修改的）消息。

• 线程A写一个 volatile变量，随后线程B读取这个volatile变量，这个过程实质上是线程A通过主内存向线程B发送消息。

volatile内存语义的实现

为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。

内存屏障是一种barrier指令类型，它导致CPU或编译器对barrier指令前后发出的内存操作执行顺序约束。也就是说，在barrier之前的内存操作保证在barrier之后的内存操作之前执行。

内存屏障有以下4种：

• LoadLoad屏障：对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
• StoreStore屏障：对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
• LoadStore屏障：对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
• StoreLoad屏障：对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。 在大多数处理器的实现中，这个屏障是个万能屏障，兼具其它三种内存屏障的功能。

为了实现volatile内存语义，Java编译器会这样使用内存屏障：

内存屏障 ---实现---> 内存语义 ---保证---> happens-before原则

参考资料

• Memory Semantic
• Memory Barrier
• 《Java并发编程艺术》第三章
• https://www.cnblogs.com/chenyangyao/p/5269622.html