Java中volatile关键字的作用

目录
  • 一、volatile作用
  • 二、什么是可见性
  • 三、什么是总线锁和缓存锁
  • 四、什么是指令重排序

一、volatile作用

  • 可以保证多线程环境下共享变量的可见性
  • 通过增加内存屏障防止多个指令之间的重排序

二、什么是可见性

可见性是指当一个线程对于共享变量的修改，其他线程可以立刻看到修改之后的一个值，可见性本质上由几个方面造成的

cpu层面的高速缓存，在cpu里面呢设计了三级缓存去解决cpu运算效率和内存IO效率的问题，但是它也带来缓存一致性的一个问题，而在多线程执行的情况下呢，缓存一致性的问题就会导致可见性的问题，所以，对于增加了volatile关键字的一个修饰的共享变量，jvm虚拟机会自动去增加一个#lock汇编指令，而这个指令会去根据不同的cpu型号会自动添加总线锁或者缓存锁

三、什么是总线锁和缓存锁

  • 总线锁是锁定cpu前端总线，从而去导致在同一个时刻，只能有一个线程和内存通信，这样就避免了多线程并发造成的可见性问题
  • 缓存锁是对总线锁的一个优化，因为总线锁导致cpu的使用效率大幅度下降，所以，缓存锁只针对于cpu三级缓存中的目标数据去加锁，而缓存锁使用MESI缓存一致性协议来实现的

四、什么是指令重排序

指令重排序指令在编写的数据顺序和执行顺序是不一致的，从而在多线程环境下导致可见性问题，指令重排序本质上是一种性能优化的手段，指令重排序来自于几个方面

  • cpu层面针对于MESI协议更进一步的优化，去提升cpu一个利用率，他引入一个叫StoreBuffer的一个机制，而这种优化机制呢，会导致cpu的乱序执行，为了避免这样的问题，cpu提供内存屏障指令，上层应用可以在合适的地方去插入内存屏障，去避免cpu指令重排序的一个问题
  • 编译器在编译的过程中，在不改变单线程语义和程序正确性的前提下，对指令进行合理的重排序，从而去优化整体的一个性能，所以共享变量增加了volatile关键字那么 编译器层面就不会触发编译器的优化，同时在jvm里面呢，他会插入内存屏障指令来避免重排序的问题

除了volatile关键字，从JDK5开发，JMM就使用一种Happens-Before的模型去描述多线程可见性的一个关系,也就是两个操作之间具备Happens-Before关系，那么这两个操作具备可见性的一个关系，不需要再额外去考虑增加volatile关键字来提供可见性的一个保障

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