Volatile底层实现原理

本文详细探讨了Java中的volatile关键字,它是多线程并发编程的基础。volatile提供了可见性和有序性保证,通过限制编译器指令重排序来实现。在了解可见性时,文章介绍了CPU指令编码及内存模型,指出volatile写操作会强制写回主存并使其他CPU缓存失效。在有序性方面,volatile遵循特定的重排序规则,并借助内存屏障确保执行顺序。虽然volatile在某些场景下可以替代锁,但在高并发环境下仍需谨慎使用,因为它可能引发难以预测的问题。对于性能要求不高的项目,使用锁可能是更安全的选择。

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在java中,关键字volatile那是必须要掌握的,这在多线程并发中大量被使用。从之前的jdk源码也可以知道,volatile和CAS构成了java语言高并发的基石。我们一般会把volatile称为轻量级的锁,有时我们在使用volatile的时候能够达到更高的并发。那么关键字 volatile的作用是什么?我们在实际中如果需要使用volatile的话,无非是保证有序性和可见性。有序性和可见性在之前的 并发的特性中有介绍。那么volatile是怎么实现这两个特性的呢。

 

可见性

在了解可见性性之前,我们得熟悉几个cpu的指令编码,这样能方便我们快速理解这块的实现(图片源自java并发编程的艺术)。

 

图片

 

如果我们对一个变量加上volatile关键字,那么在编译成汇编的时候会加上lock前缀,那么这个lock前缀就是关键能完成这个可见性的操作,具体实现如下:

1)将当前处理器的缓存行数据写回到系统内存

2)这个写回内存的操作会使其他cpu里面缓存的了该内存地址的变为无效

这两个和我们之前讲的内存模型里面是一致的,就是实现写回主存,其他内存地址无效,那么其他地址如果要读取数据的话,就必须要从主存中从新拉取数据。

 

有序性

指令重排序是java为了提升性能而对指令进行重新排序。指令重排序包

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