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volatile,可见性,有序性

caige / 1512人阅读

摘要:内存语义的的实现可见性的实现基于的读取,写入两个操作的内存语义。首先,对中内存屏障的介绍内存屏障用于控制特定条件下的重排序和内存可见性问题。在大多数处理器的实现中,这个屏障是个万能屏障,兼具其它三种内存屏障的功能。

volatile,可见性,有序性 volatile的特性

可见性:对一个volatile变量的读,总能获取其他任意线程对该变量最后的写入。

有序性:JMM会限制volatile变量相关的编译器重排序和处理器重排序。

内存语义的的实现
1.可见性的实现基于volatile的读取,写入两个操作的内存语义。

volatile写的内存语义:当写入一个volatile变量的时候,JMM将线程工作内存中的该变量的值刷新到主内存。

volatile读的内存语义:当读取一个volatile变量的时候,JMM首先将该线程工作内存中的这个变量设置为无效,迫使该线程重新从主内存获取最新的有效值。

两者结合起来,就实现了,volatile变量的可见性,因为一个线程去读取volatile变量的时候获取的肯定是最新的值。

2.有序性的实现基于JMM针对编译器制定的volatile重排序表
能否重排序 - 第二个操作 -
第一个操作 普通读/写 volatile读 volatile写
普通读/写 NO
volatile读 NO NO NO
volatile写 NO NO
3.最核心的部分还是内存屏障的使用,内存屏障实现了volatile读写的内存语义,也实现了重排序表

理解JMM如何实现volatile的两层内存语义的关键是==内存屏障==。volatile的两层内存语义都是使用内存屏障来实现的。

首先,对4中内存屏障的介绍: 内存屏障用于控制特定条件下的重排序和内存可见性问题。

LoadLoad屏障:对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。

StoreStore屏障:对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2,在Store2及后续写入操作执行前,保证Store1的写入操作对其它处理器可见。

LoadStore屏障:对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。

StoreLoad屏障:对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前,保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。 在大多数处理器的实现中,这个屏障是个万能屏障,兼具其它三种内存屏障的功能。

再看看JMM内存屏障的插入策略

volatile写操作前面插入一个StoreStore屏障

对比StoreStore屏障的定义,这里的volatile写是那个Store2,该屏障保证在volatile写执行之前,Store1的写入操作对其他处理器可见,那么可以得出,该屏障不仅保证了Store1已经执行完毕(有序性),也保证了可见性。

每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障

对比StoreLoad屏障的定义,这里的volatile写是那个Store1,该屏障也保证了有序性和可见性。其他都是类似的。

每个volatile读操作后面插入一个LoadLoad屏障。

每个volatile读操作后面插入一个LoadStore屏障。

4.从CPU的角度,看看可见性如何实现
//假设有个volatile变量instance,对其进行写操作
instance = new Singleton();

在X86处理器下看看其对应的汇编代码的一部分:

lock add1 $0*0

lock前缀的指令在多核处理器下引发了两件事:

当前处理器缓存行的数据写回系统内存

使其他处理器缓存行中缓存的该内存地址的数据无效

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