Volatile关键字底层Lock指令和内存屏障简单介绍

已于 2022-12-07 18:43:29 修改
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分类专栏： 学习笔记 文章标签： jvm java 开发语言
于 2022-12-07 18:41:57 首次发布
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本文详细解析了Volatile关键字如何通过lock前缀指令与MESI缓存一致性协议保证多线程环境下的可见性和有序性。并通过四种内存屏障指令进一步阐述了如何禁止指令重排。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

目录

一、lock前缀指令+MESI缓存一致性协议

二、内存屏障：禁止指令重排

1、LoadLoad屏障

2、StoreStore屏障

3、LoadStore屏障

4、StoreLoad屏障

三、Volatile屏障总结

目录

一、lock前缀指令+MESI缓存一致性协议

二、内存屏障：禁止指令重排

1、LoadLoad屏障

2、StoreStore屏障

3、LoadStore屏障

4、StoreLoad屏障

Volatile屏障总结： 

Volatile关键字如何保证可见性？如何实现有序性？

一、lock前缀指令+MESI缓存一致性协议

对Volatile关键字修饰的变量，执行写操作的时候，Jvm会发送一条lock前缀指令给CPU，CPU在操作完这个变量后会立即把这个值写会主存中，同时有MESI缓存一致性协议，所以各个CPU都会对总线进行嗅探，感知自己本地高速缓存区中的数据是否被其他线程修改过。如果发现本地缓存的数据被其他线程修改，那么本地高速缓存区与主存中不一致的数据当做过期的值并清理掉。然后再从主存内中重新加载最新的数据。

二、内存屏障：禁止指令重排

内存屏障类型：

1、LoadLoad屏障

        load1;loadload;load2; 确保load1数据的加载顺序优先于load2以及其后所有的装载指令，即Load1对应的代码指令与Load2对应的代码指令是不能进行指令重排。

例：

Load1:

localFlag=this.variable;

LaodLoad屏障:

Load2:

localFlag=this.variable2;

2、StoreStore屏障

        store1;storestore;store2; 确保store1的数据优先于store2以及其后所有的数据刷入主存，即Load1对应的代码指令与Load2对应的代码指令是不能进行指令重排。

例：

Store1:

this.variable=1;

StoreStore屏障:

Store2:

this.variable=2;

3、LoadStore屏障

        load1;LoadStore;Store2; 确保load1数据的加载顺序优先于Store2以及其后所有的指令

例：

Load1:

localFlag=this.variable;

LoadStore屏障:

Store2:

this.variable=2;

4、StoreLoad屏障

        Store1;StoreLoad;load2; 确保Store1数据刷入主存，并且对其他cpu可见，且优先于load2以及其后所有的装载指令。

例：

Store1:

this.variable=2;

StoreLoad屏障:

Load2:

localFlag=this.variable2;

三、Volatile屏障总结： 

每个Volatile写操作前加上StoreStore屏障，禁止上面的普通写和它重排；

每个Volatile写操作后面加StoreLoad屏障，禁止跟下面的Volatile读/写重排；

每个Volatile读操作前面加LoadLoad屏障，禁止跟下面的普通读和Volatile读重排；

每个Volatile读操作后面加LoadStore屏障，禁止禁止下面的普通写和Volatile读重排；

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