volatile的内存语义
volatile的特性
理解volatile特性的一个好方法是把对volatile变量的单个读/写,堪称是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步。
锁的happens-before规则保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性,这意味着对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。
锁的语义决定了临界区代码的执行具有原子性。即使是64位的long型和double型变量,只要它是volatile变量,对该变量的读/写就具有原子性。如果是多个volatile操作或类似于volatile++这种复合操作,这些操作整体上不具有原子性。
volatile变量自身具有下列特性。
- 可见性。对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。
- 原子性:对任意单个volatile变量的读/写具有原子性,但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。
volatile写-读的内存语义
volatile写的内存语义如下。
当写一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。
volatile读的内存语义如下。
当读一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。
对volatile写和volatile读的内存语义做个总结。
- 线程A写一个volatile变量,实质上是线程A向接下来将要读这个volatile变量的某个线程发出了(其对共享变量所做修改的)消息。
- 线程B读一个volatile变量,实质上是线程B接受了之前某个线程发出的(在写这个volatile变量之前对共享变量所做的修改的)消息。
- 线程A写一个volatile变量,随后线程B读这个volatile变量,这个过程实质上是线程A通过主内存线程B发送消息。
volatile内存语义的实现
volatile重排序规则表
从表中我们可以看出。
- 当第二个操作是volatile写时,不管第一个操作是什么,都不能重排序。
- 当第一个操作是volatile读时,不管第二个操作是什么,都不能重排序。
- 当第一个操作是volatile写,第二个操作是volatile读时,不能重排序。
保守策略下,volatile写插入内存屏障后生成的指令序列示意图:
在保守策略下,volatile读插入内存屏障后生成的指令序列示意图:
JSR-133为什么要增强volatile的内存语义
严格限制编译器和处理器对volatile变量与普通变量的重排序,确保volatile的写-读和锁的释放-获取具有相同的内存语义。
在功能上,锁比volatile更强大;在可伸缩性和执行性能上,volatile更加优势。