Volatile 两大特性

• 可见性

  写完后立即刷新回主内存并及时发出通知，前面的修改对后面所有线程可见。

• 有序性

  重排序是指编译器和处理器为了优化程序性能而对指令序列进行重新排序的一种手段，有时候会改变程序语句的先后顺序。不存在数据依赖关系，可以重排序；存在数据依赖关系，禁止重排序。但重排后的指令绝对不能改变原有的串形语义！

内存屏障概述

内存屏障（也称内存栅栏，内存栅障，屏障指令等，是一类同步屏障指令，是 CPU 或编译器在对内存随机访问的操作中的一个同步点，使得此点之前的所有读写操作都执行后才可以开始执行此点之后的操作），避免代码重排序。内存屏障其实就是一种 JVM 指令，Java 内存模型的重排规则会要求 Java 编译器在生成 JVM 指令时插入特定的内存屏障指令，通过这些内存屏障指令，volatile 实现了 Java 内存模型中的可见性和有序性，但 volatile 无法保证原子性。

• 内存屏障之前的所有写操作都要回写到主内存；
• 内存屏障之后的所有读操作都能获得内存屏障之前的所有写操作的最新结果（实现了可见性）。

写屏障（Store Memory Barrier）：告诉处理器在写屏障之前将所有存储在缓存（store bufferes）中的数据同步到主内存。也就是说当看到 Store 屏障指令，就必须把该指令之前所有写入指令执行完毕才能继续往下执行。

读屏障（Load Memory Barrier）：处理器在读屏障之后的读操作，都在读屏障之后执行。也就是说在 Load 屏障指令之后就能够保证后面的读取数据指令一定能够读取到最新的数据。

因此重排序时，不允许把内存屏障之后的指令重排序到内存屏障之前。一句话：对一个 volatile 变量的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 变量的读，也叫写后读。

内存屏障分类

粗分 2 种

• 读屏障（Load Barrier）：在读指令之前插入读屏障，让工作内存或 CPU 高速缓存当中的缓存数据失效，重新回到主内存中获取最新数据。
• 写屏障（Store Barrier）：在写指令之后插入写屏障，强制把写缓冲区的数据刷回到主内存中。

细分 4 种

Unsafe.class → Unsafe.java (opens in a new tab) → Unsafe.cpp → OrderAccess.hpp → irderAccess_linux_x86.inline.hpp

public native void loadFence();
public native void storeFence();
public native void fullFence();

核心知识

• 什么叫保证有序性？通过内存屏障禁重排

  • 重排序有可能影响程序的执行和实现，因此，我们有时候希望告诉JVM别自动重排序，我这里不需要重排序，一切听我的。
  • 对于编译器的重排序，JMM会根据重排序的规则，禁止特定类型的编译器重排序
  • 对于处理器的重排序，Java编译器在生成指令序列的适当位置，插入内存屏障指令，来禁止特定类型的处理器排序。

• happens-before 之 volatile 变量规则

  第一个操作	第二个操作：普通读写	第二个操作：volatile读	第二个操作：volatile写
  普通读写	可以重排	可以重排	不可以重排
  volatile读	不可以重排	不可以重排	不可以重排
  volatile写	可以重排	不可以重排	不可以重排

  • 当第一个操作为volatile读时，不论第二个操作是什么，都不能重排序，这个操作保证了volatile读之后的操作不会被重排到volatile读之前。
  • 当第一个操作为volatile写时，第二个操作为volatile读时，不能重排
  • 当第二个操作为volatile写时，不论第一个操作是什么，都不能重排序，这个操作保证了volatile写之前的操作不会被重排到volatile写之后

• JMM 就将内存屏障插⼊策略分为 4 种

  • 读：在每个 volatile 读操作的后⾯插⼊⼀个 LoadLoad 屏障；在每个 volatile 读操作的后⾯插⼊⼀个 LoadStore 屏障。

    • 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障，禁止处理器把上面的 volatile 读与下面的普通读重排序；
    • 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障，禁止处理器把上面的 volatile 读与下面的普通写重排序。

    

  • 写：在每个 volatile 写操作的前⾯插⼊⼀个 StoreStore 屏障；在每个 volatile 写操作的后⾯插⼊⼀个 StoreLoad 屏障。

    • 在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障，可以保证在 volatile 写之前，其前面的所有普通写操作都已经刷新到主内存中；
    • 在每个 volatile 写操作的后面插入一个 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。