手写Demo体验volatile可见性的作用

        volatile是java的关键字,作用:①保证线程间的可见性;②防止指令重排。下面看一个demo,启动2个线程,一个线程读取flag变量的值,另外一个线程修改flag变量的值。

public class VolatileDemo {
    private static int flag = 0;
    //private volatile static int flag = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                int localFlag = flag;
                while (true){
                    if (localFlag != flag){
                        System.out.println("读取到被修改的flag值为:"+flag);
                        localFlag = flag;
                    }
                }
            }
        }.start();
        
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                int localFlag = flag;
                while (true){
                    System.out.println("flag被修改为了:"+ ++localFlag);
                    flag = localFlag;
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                
            }
        }.start();
    }
}

        执行2遍,区别是否有volatile的修饰,执行结果如下。手写Demo体验volatile可见性的作用_第1张图片

        为什么使用volatile关键字,就能保证线程之间变量的可见性?它是如何做到的?如下图是该例的java内存模型。其实java内存模型的实现,是参考了CPU缓存模型。CPU缓存不一致的问题,早期是用总线加锁机制来实现,但是效率太差,很容易出现串行化的问题。

        后来常用MESI协议:MESI(Modified Exclusive Share Invalid)(也称伊利诺斯协议)是一种广泛使用的支持写回策略的缓存一致性协议,该协议被应用在 Intel 奔腾系列的 CPU 中。当一个 CPU 修改了 高速缓存中的数据,会通知其他缓存了这个数据的 CPU,其他 CPU 会把 自己高速缓存 中这份数据置为无效,要读取数据的话,直接去内存中获取,不会再从缓存中获取了。

        如下图java内存模型:线程的工作内存和主内存,read(从主存读取),load(将主存读取到的值写入工作内存),use(从工作内存读取数据来计算),assign(将计算好的值重新赋值到工作内存中),store(将工作内存数据写入主存),write(将store过去的变量值赋值给主存中的变量)。

手写Demo体验volatile可见性的作用_第2张图片

        那volatile到底是如何保证可见的?对volatile修饰的变量,执行写操作的话,jvm会往CPU发送一条lock前缀的指令,CPU计算完成后会立即将这个值写回主内存。同时因为有MESI缓存一致性协议,所以各个CPU都会对总线进行嗅探,自己本地缓存中的数据是否被别人修改。如果发现别人修改了某个缓存数据,那么CPU就会将自己本地缓存中的数据过期掉,然后这个CPU上的线程再执行该缓存数据时,会从主内存加载最新的数据。

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