JVM 之 volatile可见性、禁止指令重排序的JVM实现

volatile （可见性、禁止指令重排序）

介绍思路：volatile是什么？解决了什么问题？怎么实现的？有什么可以扩展的？

volatile是什么？

volatile是java提供的轻量级的锁（在jdk6锁优化前可以说是最轻量级）

volatile解决了什么问题？

• 可见性：保证变量修改后对所有线程可见
• 禁止指令重排序：禁止指令重排序对程序并发执行所产生的干扰

volatile怎么实现的？

• volatile的可见性，是通过 各个线程 对volatile所声明的变量 进行操作前，并不是直接使用工作内存中的主内存副本，而是于主内存中加载最新的数据后再使用。
  volatile修饰的变量值更新后并不是立即对所有线程可见，而是类似懒加载的形式，使用时可见。
• volatile的禁止指令重排序，是通过设置内存屏障实现的，我理解就是通过内存屏障将代码块中的指令分割为了两部分，以保证内存屏障前的指令全都先于内存屏障后的指令。

内存屏障怎么实现的？干了点啥？

内存屏障实际是通过插入一条lock指令实现的，lock指令会将当前线程的变量值写回主内存，根据可见性，也就是说所有线程中在使用该变量副本前都会同步到此次写入的值。

内存屏障详解（可看可不看）

内存屏障实际是执行了一个“lock”操作(完整指令为：“addl$0x0，(%esp)”（把ESP寄存器的值加0）)。
lock的作用是将本处理器的缓存写入了内存，该写入动作也会引起别的处理器或者别的内核无效化（Invalidate）其缓存，
所以这种操作相当于对缓存中的变量做了一次前面介绍Java内存模式中所说的“store和write”操作 [4] 。
所以通过这样一个空操作，可让前面volatile变量的修改对其他处理器立即可见。

volatile实际使用时需注意的点：

volatile的读写性能

• volatile修饰的变量在读取上与普通变量的读取性能几乎相同，但写入则会慢上一些，因为需要在指令中插入内存屏障。

volatile可见性不适用的场景

• 运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值。
  例如：volatile i ; i++; i++是出栈 +1 入栈的操作，也就是说在出栈时i是最新值，但+1操作进行时，i的值可能已被其他线程改变，最终导致入栈操作时的i不正确。
• 变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束。
  例如：volatile boolean flag = true; while(flag){}; 其他线程执行flag=false时，while立即停止。

扩展：对volatile关键字的理解离不开 -> java的内存模型

java的内存模型：

• java中的所有变量都存储在主内存中
• java线程会维护一个自身工作内存，其中保存了该线程自己使用到的变量的主内存副本，该线程的所有操作都在工作内存进行（保证了线程间的隔离）

线程间的数据传递怎么进行？

• 线程间的数据传递通过主内存进行，即线程、工作内存、主内存间的交互进行传递。
  也就是，需要A线程先将变量X的新值刷回主线程，B线程再于主线程内获取到变量X的新值，如此完成线程间的数据传递。