volatile实现解析

Posted 2022-11-30 水田如雅

如何实现数据在多个线程间的可见性

使用测试代码，观察value值生成的汇编代码：

volatile int value = 1;

    @Test
    public void test() 
        value++;
    

反汇编观察value++时候的代码：

 0x000000011541f775: lock addl $0x0,(%rsp)     ;*putfield queue

addl操作前面，会加入一个lock前缀指令。

下面来查询lock前缀指令的作用：lock

描述翻译：

• lock前缀指令是跟着其他指令的 一个伴随的指令，这个指令会把其他伴随的指令变成一个原子的操作。在多处理器中，lock确保处理器能独占共享变量。
• 其他的，就是一些支持前缀指令的其他指令。

lock前缀指令，在硬件级别的实现，对应的是缓存一致性协议（MESI）。

简单来，对于JMM模型，每个线程都会在自己的工作空间中保留变量副本，例如，当有两个线程t1,t2,拿到内存中同一个共享变量，t1更新了共享变量，lock前缀指令，会通过缓存一致性协议，将数据更新到主内存，同时，t2线程里面缓存的变量副本会收到监听消息，将缓存值置为失效，当t2再次读取自己工作空间中的变量副本，会重新从主内存加载，读取到最新值。

如何实现禁止指令的重排序

JMM是通过编译器在生成字节码时，在指令序列中添加“内存屏障”来禁止指令重排序的。

• JMM内存屏障

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

JMM对于volatile修饰的变量，都会加入如下读写内存屏障：

对于读操作：

LoadLoad
volatile 读
LoadStore

对于写操作:

StoreStore
volatile 写
StoreLoad

上面是JMM在处理器级别对volatile变量实现禁止指令重排序的操作。