Java并发(六):volatile的实现原理

Wesley13
• 阅读 772

synchronized是一个重量级的锁,volatile通常被比喻成轻量级的synchronized

volatile是一个变量修饰符,只能用来修饰变量。

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。

volatile实现原理

1)JMM把内存屏障指令分为下列四类:

Java并发(六):volatile的实现原理

StoreLoad Barriers是一个“全能型”的屏障,它同时具有其他三个屏障的效果。现代的多处理器大都支持该屏障(其他类型的屏障不一定被所有处理器支持)。执行该屏障开销会很昂贵,因为当前处理器通常要把写缓冲区中的数据全部刷新到内存中(buffer fully flush)。

Store:数据对其他处理器可见(即:刷新到内存)

Load:让缓存中的数据失效,重新从主内存加载数据

2)JMM针对编译器制定的volatile重排序规则表

是否能重排序

第二个操作

第一个操作

普通读/写

volatile读

volatile写

普通读/写

 

 

NO

volatile读

NO

NO

NO

volatile写

 

NO

NO

举例来说,第三行最后一个单元格的意思是:在程序顺序中,当第一个操作为普通变量的读或写时,如果第二个操作为volatile写,则编译器不能重排序这两个操作。

从上表我们可以看出:

  • 当第二个操作是volatile写时,不管第一个操作是什么,都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。
  • 当第一个操作是volatile读时,不管第二个操作是什么,都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。
  • 当第一个操作是volatile写,第二个操作是volatile读时,不能重排序。

JMM内存屏障插入策略(编译器可以根据具体情况省略不必要的屏障):

  • 在每个volatile写操作的前面插入一个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
  • 在每个volatile写操作的后面插入一个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
  • 在每个volatile读操作的后面插入一个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
  • 在每个volatile读操作的后面插入一个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

volatile保证可见性

volatile修饰的变量写之后将本地内存刷新到主内存,保证了可见性

volatile保证有序性

  volatile变量读写前后插入内存屏障以避免重排序,保证了有序性

volatile不保证原子性

  volatile不是锁,与原子性无关

要我说,由于CPU按照时间片来进行线程调度的,只要是包含多个步骤的操作的执行,天然就是无法保证原子性的。因为这种线程执行,又不像数据库一样可以回滚。如果一个线程要执行的步骤有5步,执行完3步就失去了CPU了,失去后就可能再也不会被调度,这怎么可能保证原子性呢。

为什么synchronized可以保证原子性 ,因为被synchronized修饰的代码片段,在进入之前加了锁,只要他没执行完,其他线程是无法获得锁执行这段代码片段的,就可以保证他内部的代码可以全部被执行。进而保证原子性。

(摘自http://www.hollischuang.com/archives/2673)

volatile不保证原子性的例子:

/**
 * 创建10个线程,然后分别执行1000次i++操作。目的是程序输出结果10000
 * 但是,多次执行的结果都小于10000。这其实就是volatile无法满足原子性的原因。
 */
public class Test {
    public volatile int inc = 0;

    public void increase() {
        inc++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Test test = new Test();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 1000; j++)
                        test.increase();
                };
            }.start();
        }

        while (Thread.activeCount() > 1)
            // 保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        System.out.println(test.inc);
    }
}

volatile的内存屏障插入策略非常保守,其实在实际中,只要不改变volatile写-读得内存语义,编译器可以根据具体情况优化,省略不必要的屏障。参考:【死磕Java并发】—–Java内存模型之分析volatile

参考资料

深入理解Java中的volatile关键字

Java并发(一):Java内存模型干货总结

【死磕Java并发】—–深入分析volatile的实现原理

再有人问你volatile是什么,把这篇文章也发给他。

点赞
收藏
评论区
推荐文章
blmius blmius
2年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
浩浩 浩浩
3年前
JVM--指令重排序+volatile关键字
volatile关键字1、volatile翻译为不稳定的,容易改变的。意思很明确,如果使用volatile定义一个变量,意思就是可能该变量改变频繁,并且设计到多线程访问问题。2、不过现在jdk的synchronized关键字性能已经足够出色,也提供了多种Lock类,因此volatile关键字能实现的功能jdk的同步方法都能够实
待兔 待兔
1星期前
手写Java HashMap源码
HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程HashMap的使用教程22
Wesley13 Wesley13
2年前
volatile实现可见性但不保证原子性
   volatile关键字:能够保证volatile变量的可见性不能保证volatile变量复合操作的原子性         volatile如何实现内存可见性:        深入来说:通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现的。对volatile变量执行写操作时,会在写操作后加入一条store屏
volatile 关键字说明
volatile变量修饰的共享变量进行写操作前会在汇编代码前增加lock前缀:1),将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存;2),这个写会内存的操作会使其它cpu缓存该内存地址的数据无效。Java语言volatile关键字可以用一句贴切的话来描述“人皆用之,莫见其形“。理解volatile对理解它对理解Java
Wesley13 Wesley13
2年前
volatile 手摸手带你解析
!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/updd725cad8a8b1bffe9ae4c3393eccddac22.JPEG)前言volatile是Java里的一个重要的指令,它是由Java虚拟机里提供的一个轻量级的同步机制。一个共享变量声明为volatile后,特别是在多线程操作时,正确使用
Wesley13 Wesley13
2年前
Java多线程之volatile详解
目录:什么是volatile?JMM内存模型之可见性volatile三大特性之一:保证可见性volatile三大特性之二:不保证原子性volatile三大特性之三:禁止指令重排小结1.什么是volatile?答:volatile是java虚拟机提供的轻量级的同步机制(
Wesley13 Wesley13
2年前
Java并发编程原理与实战十二:深入理解volatile原理与使用
volatile:称之为轻量级锁,被volatile修饰的变量,在线程之间是可见的。可见:一个线程修改了这个变量的值,在另一个线程中能够读取到这个修改后的值。synchronized除了线程之间互斥之外,还有一个非常大的作用,就是保证可见性。以下demo即保证a值的可见性。首先来看demo:!复制代码(https://oscimg.osc
Wesley13 Wesley13
2年前
Java多线程(二)
\恢复内容开始一,volatile关键字当多个线程操作共享数据时,可以保证内存中的数据可见性相较于synchronized关键字:1,不具备“互斥性”2,不能保证变量的原子性二,原子变量volatile保证内存可见性CAS(CompareAndSwap)算法保证数据的原子性内存值V预估值A更新值
Wesley13 Wesley13
2年前
Java 多线程:volatile关键字
概念volatile也是多线程的解决方案之一。\\volatile能够保证可见性,但是不能保证原子性。\\它只能作用于变量,不能作用于方法。当一个变量被声明为volatile的时候,任何对该变量的读写都会绕过高速缓存,直接读取主内存的变量的值。如何理解直接读写主内存的值:回到多线程生成的原因(Java内存模型与