JUC并发编程第六章——volatile与JMM

1 被volatile修饰的变量有两大特点

• 特点：

• • 可见性
  • 有序性：有排序要求，有时需要禁重排

• 内存语义：

• • 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值立即刷新回主内存中
  • 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存设置为无效，重新回到主内存中读取最新共享变量的值
  • 所以volatile的写内存语义是直接刷新到主内存中，读的内存语义是直接从主内存中读取

一句话，volatile修饰的变量在某个工作内存修改后立刻会刷新会主内存，并把其他工作内存的该变量设置为无效。

• volatile凭什么可以保证可见性和有序性？

• • 内存屏障Memory Barrier

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2 内存屏障（面试重点必须拿下）

2.1 生活case

• 没有管控，顺序难保 ----> 例如：节假日旅游景点在没有管控情况下人挤人
• 设定规则，禁止乱序 ----> 例如：上海南京路武警“人墙”当红灯
• 再说volatile两大特性：

• • 可见：写完后立即刷新回主内存并及时发出通知，大家可以去主内存拿最新版，前面的修改对后面所有线程可见
  • 有序性（禁重排）：

• • • 重排序是指编译器和处理器为了优化程序性能而对指令序列进行重新排序的一种手段，有时候会改变程序语句的先后顺序，若不存在数据依赖关系，可以重排序；存在数据依赖关系，禁止重排序；但重排后的指令绝对不能改变原有的串行语义！这点在并发设计中必须要重点考虑！

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2.2 是什么

内存屏障（也称内存栅栏，屏障指令等）是一类同步屏障指令，是CPU或编译器在对内存随机访问的操作中的一个同步点，使得此点之前的所有读写操作都执行后才可以开始执行此点之后的操作，避免代码重排序。内存屏障其实就是一种JVM指令，Java内存模型的重排规则会要求Java编译器在生成JVM指令时插入特定的内存屏障指令，通过这些内存屏障指令，volatile实现了Java内存模型中的可见性和有序性（禁重排），但volatile无法保证原子性

• 内存屏障之前的所有写操作都要回写到主内存
• 内存屏障之后的所有读操作都能获得内存屏障之前的所有写操作的最新结果（实现了可见性）

写屏障(Store Memory Barrier)：告诉处理器在写屏障之前将所有存储在缓存(store buffers)中的数据同步到主内存，也就是说当看到Store屏障指令，就必须把该指令之前的所有写入指令执行完毕才能继续往下执行 读屏障(Load Memory Barrier)：处理器在读屏障之后的读操作，都在读屏障之后执行 (因为前面的写屏障已经保证全部写完了，主内存中都是最新数据了)。也就是说在Load屏障指令之后就能够保证后面的读取数据指令一定能够读取到最新的数据。

因此重排序时，不允许把内存屏障之后的指令重排序到内存屏障之前。

一句话：对一个volatile变量的写，先行发生于任意后续对这个volatile变量的读，也叫写后读。

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2.3 内存屏障分类

粗分两种：

• 读屏障（Load Barrier）：在读指令之前插入读屏障，让工作内存或CPU高速缓存当中的缓存数据失效，重新回到主内存中获取最新数据。
• 写屏障（Store Barrier）：在写指令之后插入写屏障，强制把缓冲区的数据刷回到主内存中。

细分四种：

屏障类型	指令示例	说明
LoadLoad	Load1;LoadLoad;Load2	保证Load1的读取操作在Load2及后续读取操作之前执行
StoreStore	Store1;StoreStore;Store2	在store2及其后的写操作执行前，保证Store1的写操作已经刷新到主内存
LoadStore	Load1;LoadStore;Store2	在Store2及其后的写操作执行前，保证Load1的读操作已经结束
StoreLoad	Store1;StoreLoad;Load2	保证Store1的写操作已经刷新到主内存后，Load2及其后的读操作才能执行

2.4 困难内容

• 什么叫保证有序性？----->通过内存屏障禁重排

• • 重排序有可能影响程序的执行和实现，因此，我们有时候希望告诉JVM别自动重排序，我这里不需要重排序，一切听我的。
  • 对于编译器的重排序，JMM会根据重排序