- volatile的内存语义
- volatile的特性
- volatile写-读建立的happens-before关系
- volatile写-读的内存语义
- volatile的写内存语义
- volatile读的内存语义
- volatile内存语义的实现
volatile的内存语义
volatile的特性
理解volatile特性的一个好方法是把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步。示例代码如下
public class VolatileFeaturesExample {
/**
* 使用volatile声明64位的long型变量
*/
volatile long v1 =0L;
/**
* 单个volatile的写
* @param l
*/
public void set(long l){
v1 = l;
}
/**
* 复合(多个)volatile变量的读写
*/
public void getAndIncrement(){
v1 ++ ;
}
public long get(){
return v1;
}
}
假设有多个线程分别调用上面程序的三个方法,这个程序在语义上和下面的程序等价.
class VolatileFeaturesExample {
long vl = 0L; // 64位的long型普通变量
public synchronized void set(long l) { // 对单个的普通变量的写用同一个锁同步
vl = l;
}
public void getAndIncrement () { // 普通方法调用
long temp = get(); // 调用已同步的读方法
temp += 1L; // 普通写操作
set(temp); // 调用已同步的写方法
}
public synchronized long get() { // 对单个的普通变量的读用同一个锁同步
return vl;
}
}
如上面程序所示,一个volatile变量的单个读/写操作,与一个普通变量的读/写操作都是使用同一个锁来同步,他们之间的执行效果相同.
锁的happens-before规则保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性,这意味着对一个volatile变量的读写,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入.
锁的语义决定了临界代码的执行具有原子性.这意味着,即使是64位的long型和double型变量,只要他是volatile变量,对该变量的读/写就具有原子性.如果是多个volatile操作或类似于volatile++这种复合操作，这些操作整体上不具有原子性。
小结:volatile变量的特性
- 可见性:对于一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入
- 原子性:对任意单个volatile变量的读]/写具有原子性,但类似于volatile++这种符合操作不具有原子性
volatile写-读建立的happens-before关系
从内存语义的角度来说,volatile的写/读与锁的释放-锁的获取具有相同的内存效果:
- volatile写和锁的释放有相同的内存语义
-
volatile读与锁的获取有相同的内存语义
用volatile变量的示例代码
假设线程A执行writer()方法之后，线程B执行reader()方法。根据happens-before规则，这个
过程建立的happens-before关系可以分为3类： - 1）根据程序次序规则，1 happens-before 2;3 happens-before 4。
- 2）根据volatile规则，2 happens-before 3。
-
3）根据happens-before的传递性规则，1 happens-before 4
上述happens-before关系的图形化表现形式
参考书籍:<
在上述的图片当中,每一个箭头链接的两个节点，代表了一个happens-before关系。黑色箭头表示程序顺序规则；橙色箭头表示volatile规则；蓝色箭头表示组合这些规则后提供的happens-before保证。
这里A线程写一个volatile变量后，B线程读同一个volatile变量。A线程在写volatile变量之前所有可见的共享变量，在B线程读同一个volatile变量后，将立即变得对B线程可见。
volatile写-读的内存语义
volatile的写内存语义如下:
- 当写一个volatile变量时,JVM会把该线程对应的本地内存的共享变量值刷新到主内存.
以上面示例程序VolatileExample为例，假设线程A首先执行writer()方法，随后线程B执行reader()方法，初始时两个线程的本地内存中的flag和a都是初始状态。
线程A在写flag变量后，本地内存A中被线程A更新过的两个共享变量的值被刷新到主内存中。此时，本地内存A和主内存中的共享变量的值是一致的。
volatile读的内存语义如下
- 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B读同一个volatile变量后，共享变量的状态示意图
在读flag变量后，本地内存B包含的值已经被置为无效。此时，线程B必须从主内存中读取共享变量。线程B的读取操作将导致本地内存B与主内存中的共享变量的值变成一致。
把volatile写和volatile读两个步骤综合起来看的话，在读线程B读一个volatile变量后，写线程A在写这个volatile变量之前所有可见的共享变量的值都将立即变得对读线程B可见。
小结
- 线程A写一个volatile变量,实质上是线程A对接下来将要读这个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在接受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的修改)消息
- 线程A写一个volatile变量,随后线程B读这个volatile变量,这个过程实质上是线程A通过主内存向线程B发消息
volatile内存语义的实现
前文提到过重排序分为编译器重排序和处理器重排序。为了实现volatile内存语义，JMM会分别限制这两种类型的重排序类型。表(volatile重排序规则表)是JMM针对编译器制定的volatile重排序规表。
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处理器重排序.对于编译器来说,发现一个最优布置来最小化插入屏障的总数几乎不可能为此，JMM采取保守策略。下面是基于保守策略的JMM内存屏障插入策略
java内存屏障
java的内存屏障通常所谓的四种即LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad实际上也是上述两种的组合，完成一系列的屏障和数据同步功能。
- 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
·在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
·在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
编译器常常无法判断在volatile写后面是否需要一个StoreLoad屏障(比如,一个volatile写之后方法立即return)为了保证能正确实现volatile的内存语义,JMM采用了保守策略:在每个volatile写的后面,或者在每个volatile读的前面插入一个StoreLoad屏障。
从整体执行效率的角度考虑，JMM最终选择了在每个volatile写的后面插入一个StoreLoad屏障。因为volatile写-读内存语义的常见使用模式是：一个写线程写volatile变量，多个读线程读同一个volatile变量。当读线程的数量大大超过写线程时，选择在volatile写之后插入StoreLoad屏障将带来可观的执行效率的提升。从这里可以看到JMM在实现上的一个特点：首先确保正确性，然后再去追求执行效率。
·在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
·在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。
演示代码
针对readAndWrite()方法，编译器在生成字节码时可以做如下的优化。
注意:最后的StoreLoad屏障是不能省略的.因为第二个volatile写之后,方法立即return.此时编译器可能无法准确断定后面是否还会有volatile读或写,为了安全起见,编译器通常会在这里插入一个StoreLoad屏障.
上面的优化针对任意处理器平台，由于不同的处理器有不同“松紧度”的处理器内存模型，内存屏障的插入还可以根据具体的处理器内存模型继续优化。
参考博客:https://www.jianshu.com/p/2ab5e3d7e510
参考书籍:<