聊聊并發(fā)（1）：深入分析volatile的實現(xiàn)原理-java開發(fā)java經(jīng)驗技巧

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1、聊聊并發(fā)(1)：深入分析Volatile的實現(xiàn)原理-編程開發(fā)技術(shù)聊聊并發(fā)(1)：深入分析Volatile的實現(xiàn)原理原文出處：方騰E引言在多線程并發(fā)編程中synchronized和Volatile都扮演著重要的角色,Volatile是輕量級的synchronized,它在多處理器開發(fā)中保證了共享變量的“可見性”。可見性的意思是當一個線程修改一個共享變量時，另外一個線程能讀到這個修改的值。它在某些情況下比synchronized的開銷更小，本文將深入分析在硬件層面上Inter處理器是如何實現(xiàn)Volatile的，通過深入分析能幫助我們止確的使用Volatile變量。術(shù)語定義術(shù)語英文單

2、詞描述共享變量在多個線程z間能夠被共享的變量被稱為共享變量。共享變雖包括所冇的實例變屋，靜態(tài)變量和數(shù)組元素。他們都被存放在堆內(nèi)存中，Volatile只作用于共享變量。內(nèi)存屏障MemoryBarriers是一組處理器指令，用于實現(xiàn)対內(nèi)存操作的順序限制。緩沖行Cacheline緩存中可以分配的最小存儲單位。處理器填寫緩存線時會加載整個緩存線，需耍使用多個主內(nèi)存讀周期。原子操作Atomicoperations不可中斷的一個或一系列操作。緩存行填充cachelinefill當處理器識別到從內(nèi)存中讀取操作數(shù)是對緩存的，處理器讀取整個緩存行到適當?shù)木彺?L1,L2,L3的或所有)緩存命中c

3、achehit如果進行高速緩存行填充操作的內(nèi)存位置仍然是下次處理器訪問的地址時，處理器從緩存中讀取操作數(shù)，而不是從內(nèi)存。寫命中writehit當處理辭將操作數(shù)寫回到一個內(nèi)存緩存的區(qū)域吋，它首先會檢查這個緩存的內(nèi)存地址是否在緩存行屮，如果存在一個何效的緩存行，則處理器將這個操作數(shù)寫制到緩存，而不是寫制到內(nèi)存，這個操作被稱為寫命中。寫缺失writemissesthecache一個有效的緩存行被寫入到不存在的內(nèi)存區(qū)域。Volat訂e的官方定義Java語言規(guī)范第三版中對volatile的定義如下：java編程語言允許線程訪問共享變量，為了確保共享變量能被準確和一致的更新，線程應該確保通

4、過排他鎖單獨獲得這個變量。Java語言提供了volatile,在某些情況下比鎖更加方便。如果一個字段被聲明成volatile,java線程內(nèi)存模型確保所有線程看到這個變量的值是一致的。為什么要使用VolatileVolatile變量修飾符如果使用恰當?shù)脑?，它比synchronized的使用和執(zhí)行成本會更低，因為它不會引起線程上下文的切換和調(diào)度。Volatile的實現(xiàn)原理那么Volatile是如何來保證可見性的呢？在x86處理器下通過工具獲取J1T編譯器生成的匯編指令來看看對Volatile進行寫操作CPU會做什么事情。Java代碼：instance=newSingleton()

5、;//instance是volatile變量匯編代碼：0x01a3dcld:0,(%esp);movb$0X0,0X1104800(%csi);0x01a3dc24:?lock?addl$0X有volatile變量修飾的共享變量進行寫操作的吋候會多第二行匯編代碼，通過查IA-32架構(gòu)軟件開發(fā)者手冊可知，lock前綴的指令在多核處理器下會引發(fā)了兩件事情。?將當前處理器緩存行的數(shù)據(jù)會寫回到系統(tǒng)內(nèi)存。?這個寫冋內(nèi)存的操作會引起在其他CPU里緩存了該內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)無效。處理器為了提高處理速度，不直接和內(nèi)存進行通訊，而是先將系統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)部緩存（L1,L2或其他）后再進行操作，但操

6、作完之后不知道何時會寫到內(nèi)存，如果對聲明了Volatile變量進行寫操作，JVM就會向處理器發(fā)送一條Lock前綴的指令，將這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存。但是就算寫回到內(nèi)存，如果其他處理器緩存的值還是舊的，再執(zhí)行計算操作就會有問題，所以在多處理器下，為了保證各個處理器的緩存是一致的，就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，每個處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了，當處理器發(fā)現(xiàn)自C緩存行對應的內(nèi)存地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設置成無效狀態(tài)，當處理器要對這個數(shù)據(jù)進行修改操作的時候，會強制重新從系統(tǒng)內(nèi)存里把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里。這兩件事情在TA-32軟件開發(fā)

7、者架構(gòu)手冊的第三冊的多處理器管理章節(jié)（第八章）中有詳細闡述。Lock前綴指令會引起處理器緩存回寫到內(nèi)存。Lock而綴指令導致在執(zhí)行指令期間，聲言處理器的LOCK#信號。在多處理器環(huán)境屮，LOCK#信號確保在聲言該信號期間，處理器可以獨占使用任何共享內(nèi)存。（因為它會鎖住總線，導致其他CPU不能訪問總線，不能訪問總線就意味著不能訪問系統(tǒng)內(nèi)存），但是在最近的處理器里，LOCK#信號一?般不鎖總線，而是鎖緩存，畢竟鎖總線開銷比較人。在&1.4章節(jié)有詳細說明鎖定操作對處理器緩存的影響，對丁Intel4