Java并发，什么是可见性？为什么会出现”不可见“

什么是可见性？为什么会出现”不可见“

我们已经知道

counter.increment();

编译成字节码为

getfield      #2    
iconst_1
iadd
putfield      #2  

        上一篇已经说过，这里的字节码的执行过程是在工作内存中，但是getField和putField这二条指令其实是跟主内存有交互的，这里还是以Counter类的increment方法为例。

• getField指令会从主存中读取count的值，但是并不是每次都从主存中读，因为CPU高速cache的存在，我们count值有可能会从cache中读，导致读的并不是最新的

• putField指令会将count新的值写入主内存，但是也不是立即生效，别的CPU的高速cache中的count不会立即更新，CPU会使用缓存一致性协议来做同步，这个对我们是透明的。

        正是因为CPU高速cache的存在，在多核环境中会有可见性的问题。这里额外提一句 ，之所以有高速cache存在，是为提高运行效率，现代CPU的速度比我们的内存快很多，如果每次都锁总线写主存，会导致执行速度下降很多，这是不可以接受的，木桶理论我们都能理解。这里我也画了一张图，来帮助大家理解。

那有没有办法解决可见性带来的问题呢？当然是有的，对于Java，我们可以使用volatile关键字。

volatile

volatile修饰的变量有下面的特性

• 在写volatile的时候，有monitor release的语义，会刷新各个cpu中该变量的cache，存入最新的值

• 在读volatile的时候，有monitor acquire的语义，会使当前cpu的cache中该变量的cache失效，从主存中读取最新的值

• volatile拥有禁止指令重排序的语义

        其中monitor可以理解为锁，moniter release就是释放锁，monitor acquire就是获取锁，这样就是volatile变量的读写都是直接对主存操作的，相当于牺牲一部分性能来换取可见性，这一部分牺牲的性能一般是可以忽略不计的，只需要知道有这么回事就行。

volatile实现原理

        给count加上volatile修饰符后，查看编译后的字节码后会发现，字节码层面唯一的变化是给count添加了ACC_VOLATILE标识flag，在运行时会根据这个flag会自动插入内存屏障，保证volatile可见性语义，内存屏障一共有四种，分别是：

• LoadLoad

• LoadStore

• StoreStore

• StoreLoad

这里给出文档中的一个实例，比较形象的说明了内存屏障是怎么插入的。

        ​再回到上面的例子，我们给count添