java面试总躲不过的并发：volatile原理 + happens-before原则

Posted 2021-02-14 雪洗中关村

 

一.happens-before原则

同一个线程中的，前面的操作 happens-before 后续的操作。（即单线程内按代码顺序执行。但是，在不影响在单线程环境执行结果的前提下，编译器和处理器可以进行重排序，这是合法的。换句话说，这一是规则无法保证编译重排和指令重排）。

1. 监视器上的解锁操作 happens-before 其后续的加锁操作。（Synchronized 规则）

2. 对volatile变量的写操作 happens-before 后续的读操作。（volatile 规则）

3. 线程的start() 方法 happens-before 该线程所有的后续操作。（线程启动规则）

4. 线程所有的操作 happens-before 其他线程在该线程上调用 join 返回成功后的操作。

5. 如果 a happens-before b，b happens-before c，则a happens-before c（传递性）

二.volatile关键字的作用

Volatile关键字主要用于保证内存可见性和顺序性：

1.volatile修饰的变量可以保证一个线程对该变量的写happens-before 一个线程对该变量的读

2.Volatile可以用来修饰long和double类型的变量使其以原子方式执行

3.Volatile在双重检查加锁的单例模式中的应用，可以防止重排序

 

三.volatile关键字的实现原理

在java代码编译成字节码时会在volatile修饰的共享变量进行写操作的时候会多出Lock前缀的指令。

我们知道为了提高处理速度，CPU不直接和内存进行通信，而是先将系统内存的数据读到内部缓存（L1，L2或其他）后再进行操作，但操作完不知道何时会写回内存。如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向CPU发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。但是，就算写回到内存，如果其他处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题。所以，在多处理器下，为了保证各个CPU的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，每个CPU通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前CPU的缓存行设置成无效状态，当CPU对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里

1. Lock前缀的指令会引起CPU缓存写回内存；
2. 一个CPU的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存失效；
3. 当CPU发现本地缓存失效后，就会从内存中重读该变量数据，即可以获取当前最新值。

这样针对volatile变量通过这样的机制就使得每个线程都能获得该变量的最新值

volatile相关的理解就写到这里，如果大家还想详细的了解volatile可以查阅相关资料或者私信我进行交流。

并发是java中无法避免的问题，基本上java面试都会涉及一些并发相关的问题，尤其是互联网公司一定会问到，今天就先写到了这里，下次准备把并发中相关的锁和并发集合的知识整理一下分享给大家，如果喜欢记得关注我【不爱八阿哥】，有什么问题也可以私信交流，让我们共同进步。

 

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