JIT和可见性

本文探讨了JIT(即时编译技术)如何提升JAVA程序的执行效率,并通过实例展示了JAVA内存模型中共享变量的可见性特性。在特定条件下,即使未使用volatile关键字,共享变量也能在多线程环境中保持可见性。

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名词解释

JIT是just in time,即时编译技术。使用该技术,能提高JAVA程序的执行效率。可见性是一个线程对共享变量值的修改,能够及时被的被其他线程看到。

例子

public class Zuo {
    private static boolean flag = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            print();
        }).start();
        Thread.sleep(2500);
        flag = false;
        System.out.println("flag set to false");
    }

    private static void print() {
        while (flag) {
        }
    }
}

上面这段代码在JVM默认参数下会一直执行下去,但是如果在VM options中加上-Xint参数则不会。-Xint这个参数的作用是让JVM在解释器的模式下执行。那么这里的区别就是是否进行了JIT优化。

image.png

使用hids查看JIT后的汇编码后发现只在进入循环之前读取的flag变量,后面JMP指令无条件跳转了无论flag怎么变都不管了。JAVA内存模型中不能保证没有线程安全的字段将会看到更新。这个规定允许JIT进行这样的优化。
通过这个例子发现,在解释执行模式下不修改共享变量的值的情况下共享变量不加volatile关键字的变量也是具有多线程的可见性的。所谓的本地内存只是JAVA内存模型(JMM)的一个抽象概念,并不真实存在。

<think>嗯,用户想了解Java中volatile关键字如何实现可见性,特别是在多线程环境下的工作机制使用方法。我需要结合之前提供的引用内容来解答这个问题。首先,我得回忆一下volatile的作用,它主要是确保共享变量在多线程中的可见性,避免线程使用缓存中的旧值。 根据引用[1],volatile通过Java内存模型确保所有线程看到一致的值。引用[2]提到硬件层面,比如Intel处理器如何实现可见性,可能涉及缓存一致性协议。还有引用[3][4]解释了volatile适用于共享变量,而局部变量不存在可见性问题。此外,引用[5]提到了内存屏障字节码层面的实现。 我应该先定义可见性,然后解释volatile如何通过内存屏障缓存机制来实现。需要区分volatilesynchronized的不同,指出volatile是轻量级的。还要举例子说明没有volatile时的问题,比如引用[2]中的案例,线程无法感知停止请求。另外,内存屏障的具体作用,比如StoreLoad屏障,确保写操作立即刷新到主存,读操作从主存获取最新值。 可能还需要提到JMM(Java内存模型)的规定,以及底层如何通过MESI协议等实现缓存一致性。最后,给出使用场景注意事项,比如不适合复合操作,此时需要用synchronized或原子类。 用户可能还关心如何正确使用volatile,所以需要给出代码示例,比如用volatile修饰变量,并对比有无volatile时的不同结果。同时,要指出常见误区,比如不能依赖volatile解决原子性问题。</think>### Java volatile关键字可见性实现原理 #### 一、可见性问题本质 当多个线程访问共享变量时,每个线程会将变量从主内存**复制到工作内存(CPU缓存)**中进行操作。若未正确同步,可能导致线程间**无法感知变量值的更新**。例如: ```java // 引用[2]的案例:线程无法感知stopRequested的修改 private static boolean stopRequested = false; // 未加volatile时 ``` #### 二、volatile的实现机制 1. **内存屏障(Memory Barriers)** - **写操作屏障**:强制将工作内存中的修改**立即刷回主内存** - **读操作屏障**:强制从主内存**重新加载最新值** - 具体屏障类型(引用[5]): ```asm StoreStore Barrier | volatile写操作 | StoreLoad Barrier LoadLoad Barrier | volatile读操作 | LoadStore Barrier ``` 2. **缓存一致性协议支持** - 通过**MESI协议**实现缓存行状态同步(引用[2]硬件层面) - 当volatile变量被修改时,会触发CPU的**缓存失效机制** 3. **JVM层面的实现** - 字节码添加`ACC_VOLATILE`标志(引用[5]) - JIT编译器不会对volatile变量进行**指令重排序优化** #### 三、与普通变量的对比 | 特征 | 普通变量 | volatile变量 | |---------------------|--------------------------|---------------------------| | 可见性保证 | 无 | 有 | | 原子性 | 单操作具备,复合操作无 | 单操作具备,复合操作无 | | 指令重排序限制 | 允许 | 禁止 | #### 四、正确使用场景(引用[4]) 1. **状态标志位** ```java volatile boolean shutdownRequested; // 所有线程可见的终止标志 ``` 2. **单次写入的发布对象** ```java volatile Singleton instance; // 双重检查锁定模式 ``` #### 五、代码验证示例 ```java public class VisibilityDemo { // 不加volatile时程序不会终止 volatile static boolean flag = true; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(() -> { while (flag) {} // 此处会持续读取主内存最新值 System.out.println("Thread stopped"); }).start(); Thread.sleep(1000); flag = false; // 修改后立即同步到主内存 } } ``` #### 六、注意事项 1. **不保证原子性**:`volatile int i=0; i++`仍存在线程安全问题 2. **复合操作需同步**:对`volatile Map`的`put``get`需配合`synchronized` 3. **性能影响**:频繁写操作会因内存屏障降低性能 [^1][^2][^3][^4][^5]
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