18 Java并发机制的底层实现原理_volatile实现原理

Java并发机制的底层实现原理

Java代码在编译后会变成Java字节码，字节码被类加载器加载到JVM里，JVM执行字节码，最终需要转化为汇编指令在CPU上执行，Java中所使用的并发机制依赖于JVM的实现和CPU的指令。

volatile 关键字

volatile是轻量级的synchronized，它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。

可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。

volatile不会引起线程上下文的切换和调度，故而volatile的执行成本比synchronized低。

Java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保通过排他锁单

独获得这个变量。

一个字段被声明成volatile，Java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。

术语	英文	描述
内存屏障	memory barriers	一组处理器指令，用于实现对内存操作的顺序限制。
缓冲行	cache line	缓存中可以分配的最小存储单位。处理器填写缓存线时会加载整个缓存线，需要使用多个主内存读周期。
原子操作	atomic operations	不可中断的一个或一系列操作。
缓存行填充	cache line fill	当处理器识别到从内存中读取操作数是可缓存的，处理器读取整个缓存行到适当的缓存（L1 L2 L3）
缓存命中	cache hit	如果进行高速缓存行填充操作的内存位置仍然是下次处理器访问的地址时。处理器从缓存中读取操作数，而不是从内存读取
写命中	write hit	将处理器将操作数写回到一个内存缓存区时，首先会检查这个缓存的内存地址是否在缓存行中，若存在有效缓存行，则处理器将这个操作写回到缓存，而不是写回到内存，这个操作被称为写命中。
写缺失	write misses the cache	一个有效的缓存行被写入到不存在的内存区域

volatile修饰的变量,转成成汇编代码时，会增加lock前缀。（随着JDK版本的更新，有可能找不到lock关键字，但是处理器操作的逻辑不变。）

volatile的两条实现原则（Lock前缀的作用）

• Lock前缀指令会引起处理器缓存回写到内存。
• 一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。

volatile的两条实现原则（Lock前缀的作用）

1.Lock前缀指令会引起处理器缓存回写到内存

• Lock前缀指令导致在执行指令期间，声言处理器的LOCK#信号。

• 在多处理器环境中，LOCK#信号确保在声言该信号期间，处理器可以独占任何共享内存。但是，在最近的处理器里，LOCK＃信号一般不锁总线，而是锁缓存，毕竟锁总线开销的比较大。

• LOCK#信号锁定这块内存区域的缓存并回写到内存，并使用缓存一致性机制来确保修改的原子性，此操作被称为“缓存锁定”.

2.一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效

如下图：person对象，默认name=张三；3个线程都引用了person对象；目前三个线程缓存中的person对象的name属性均为张三；当线程1修改name为李四时；
cpu将线程1中的name=李四回写到内存中，并通知线程2和线程3说，你们加载的person缓存失效，重新加载。