理解Java volatile -- 从Memory Barrier谈起（一）

最新推荐文章于 2024-12-03 11:32:29 发布

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本文探讨了Java中volatile关键字的实现原理，通过Memory Barrier（内存屏障）的概念，阐述了为何在多处理器环境下，volatile能确保变量在不同线程间的可见性。文中通过示例程序解释了在无volatile情况下可能出现的缓存不一致问题，并预告下篇将深入讲解处理器如何处理缓存一致性以及指令重排序的现象。

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相信很多同学在学习java并行编程的时候，都会接触到java内存模型（JMM: java memory model）这个概念。那么为了理解java内存模型，大家当然一般都会去看Doug Lea的这篇对JMM的解释文章。通过这篇文章，我们知道，volatile关键字主要是通过相关芯片的memory barrier机制实现的。那么，我们为了彻底理解volatile关键字，主要的工作就是弄懂memory barrier的原理及其实现机制。

1、何为Memory Barrier？

Memory Barrier的中文直译是”内存屏障“。从字面意思看，有点抽象，这到底是什么鬼？不着急，我们先从一个简单的程序说起。

//变量x与f的类型都为int，并且初始化值为0
//线程A
x = 55;
f = 2;


//线程B
while(f == 0){
  //什么也不做
}
System.out.println(x);

这个简单的java程序里面包含两个线程的程序片段。变量x和f在线程A和线程B中共享，线程A中，变量x和f的值被分别重写为55和2；线程B中，当f不等于0时，打印x的值。假设这个程序在多核或者多cpu的机器上运行（后面再解释为什么有这个前置条件），那么，问题来了，当两个线程同时运行时，被打印出来的x的值是多少呢？如果这里f的变量类型仅是int，那么答案是不确定的，打印出来的可能是0，也可能是55。如果f的变量类型是volatile int，那么打印出来的一定是55。（先不要问为什么，先知道这就是volatile的效果。）

在前面我们提到，volatile是由芯片的memory barrier指令实现的，那么对于volatile变量的读写操作，我们可以理解为使用了memory b