volatile的内存语义

volatile特性

把对volatile变量的单个读、写，看出是使用同一个锁对这些单个读、写做了同步，比如：

public class VolatileFeaturesExample {

volatile long vl = 0L;

public void set(long l) {
vl = l;
}

public void getAndIncrement() {
vl++;// 复合（多个）volatile变量的读/写
}

public long get() {
return vl;// 单个volatile变量的读
}

}

等价于

class VolatileFeaturesExample1 {
long vl = 0L;

public synchronized void set(long l) {
vl = l;
}

public synchronized long get() {
return vl;
}

public void getAndIncrement() {
long temp = get();
temp += 1L;
set(temp);

}
}

因为锁happens-before规则保证释放锁和获取锁两个线程之间的内存可见性，由可以推出，volatile变量的读总能看到对这个volatile变量最后的写入，而锁也决定了临界区代码的执行具有原子性，也就说，volatile变量同样对读写具有原子性

由上得出，volatile变量具有下列特性：

1、可见性，volatile变量的读总能看到对这个volatile变量最后的写入

2、原子性，对任意单个volatile变量的读写具有原子性，但volatile++复合操作是不具有原则性的

volatile写/读建立的happens before关系

从内存的角度来说，volatile的写-读与锁的释放-获取有相同的内存效果

public class VolatileExample {
int a=0;
volatile boolean flag=false;

public void writer(){
a=1;   //1
flag=true;//2
}
public void reader(){
if(flag){//3
int i=a;//4

}
}
}

1、根据程序次序规则，1 happens before 2，3 happens before 4

2、根据volatile规则，2 happens before 3

3、根据happens before的传递规则，1 happens before 4



（1）当执行写入volatile时，也就是2，JMM会将该线程A对应本地内存更新过的共享变量刷新到主内存，那到共享变量a对其他线程是可见的，也就读到a就是想要的1，而不是0

（2）当读一个volatile变量时，JMM会把该线程B对应的本地内存置为无效，线程直接从主内存读取共享变量，同时该读操作会把本地内存的值更为与主内存的值统一

volatile内存语义的实现

下面看看JMM如何实现volatile写/读的内存语义

重排序分为编译器重排序和处理器重排序，JMM会限制这两种类型的重排序类型来保证volatile的内存语义



1、第二个操作是volatile写时，第一个操作不管是什么，都不能重排序

2、第一个操作是volatile读时，第二个操作不管是什么，都不能重排序

3、第一个操作是volatile是写，第二个操作是volatile是读，不能重排序

JMM内存屏障插入策略：（Load：加载（读）、Store：保存（写），屏障名称就可以看出读写的先后顺序）

1、在每个volatile写操作前插入StroreStore屏障

2、在每个volatile写操作前插入StroreLoad屏障

3、在每个volatile读操作前插入LoadLoad屏障

4、在每个volatile读操作前插入LoadStore屏障

volatile写操作



上面的StroreStore屏障保证了在volatile写之前，其前面的所有普通写操作对任意处理器都是可见的，因为StroreStore屏障保障所有的普通写在本地内存的数据在voltile写之前刷新到主内存

而volatile写后面的StoreLoad屏障，作用是避免

volatile写与后面可能有的volatile读/写操作重排序

volatile读操作



下面为代码示例

public class VolatileBarrierExample {
int a;
volatile int v1 = 1;
volatile int v2 = 2;

void readAndWrite() {
int i = v1;// 第一个volatile读
int j = v2;// 第二个volatile读
a = i + j;// 普通写
v1 = i + 1;// 第一个volatile写
v2 = j * 2;// 第二个volatile写
}
}

编译器生成字节码过程



最后的StoreLoad屏障不能省略，因为编译器无法确定第二个volatile写后是否会有volatile读或写，保守起见，都会在该处加一个StoreLoad屏障

参考《深入理解Java内存模型》