java編程，如何徹底理解volatile關(guān)鍵字？謝謝了邀請~！下面從用法、注意事項、底層原理并且說明！JMM基礎(chǔ)-計算機原理Java內(nèi)存模型即Java Memory Model,西安北方光電有限公司

java編程，如何徹底理解volatile關(guān)鍵字？

謝謝了邀請~！下面從用法、注意事項、底層原理并且說明！

JMM基礎(chǔ)-計算機原理

Java內(nèi)存模型即Java Memory Model,西安北方光電有限公司JMM,JMM符號表示了Java虛擬機（JVM)在計算機(RAM)中的工作。JVM是整個計算機虛擬充值模型，所以我JMM是直屬中央于JVM的，

在計算機系統(tǒng)中，寄存器是L0級緩存，隨即順次排列是L1,L2,L3(這一次是內(nèi)存，本地磁盤，遠(yuǎn)戰(zhàn)存儲).越往上的緩存存儲空間越小，速度越快，成本也越高。越往上的存儲空間越大，速度更慢，成本也越低。

從上至下，每一層都都也可以是看作是更下一層的緩存，即：L0寄存器是L1一級緩存的緩存，

L1是L2的緩存，兩次中間數(shù)；每一層的數(shù)據(jù)是來當(dāng)然了它的下一層。

在現(xiàn)在CPU上，一般來說L0,L1,L2，L3都無法繼承在CPU內(nèi)部，而L1還可分一級數(shù)據(jù)緩存和一級指令緩存，三個用于貯放數(shù)據(jù)和執(zhí)行數(shù)據(jù)的指令解碼，每個核心擁有的的的運算處理單元、控制器、寄存器、L1緩存、L2緩存，然后再一個CPU的多個核心共享后來一層CPU緩存L3。

CPU的緩存一致性解決方案

兩類200元以內(nèi)兩種方案

總線鎖（每次鎖總線，是悲觀鎖）

緩存鎖(只鎖緩存的數(shù)據(jù))

MESI協(xié)議:：

M(modify):I(invalid)E（Exclusive）S（manage）

JMM內(nèi)存模型的八種網(wǎng)絡(luò)同步操作

1、read(加載），從主內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)

2、load(寫入）：將主內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)到的數(shù)據(jù)寫入到到工作內(nèi)存

3、use(不使用）：從工作內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)來可以計算

4、assign（變量）：將計算出好的值新的變量賦值到工作內(nèi)存中

5、store(存儲）：將工作內(nèi)存數(shù)據(jù)中寫入主內(nèi)存

6、write(寫入):將store過去的變量值定義變量給主內(nèi)存中的變量

7、lock(移動到）：將主內(nèi)存變量加鎖，標(biāo)志為線程雀占鳩巢狀態(tài)

8、unlock(解鎖）:將主內(nèi)存變量解鎖，解鎖后其他線程可以不移動到該變量

Java內(nèi)存模型帶來的問題

1、要知道性問題

左邊CPU中不運行的線程從主內(nèi)存中拷備對象params到它的CPU緩存，把對象params的count變量轉(zhuǎn)成2，但這個變更對運行程序在右邊的CPU中的線程是萬不可見，因為這個改還沒有flush到主內(nèi)存中。

在多線程環(huán)境下，如果某個線程唯一一個加載鏈接共享變量，則是需要到主內(nèi)存中聲望兌換該變量，后再卡內(nèi)到工作內(nèi)存中，以后只不需要在工作內(nèi)存中讀取該變量再試一下，同時假如對該變量先執(zhí)行了修改的操作，則先將新值寫入到工作內(nèi)存中，然后把再重新登陸至于內(nèi)存中，只不過什么時候哪個網(wǎng)站的值會被重新登陸到主內(nèi)存中是不太判斷的，一般來說是迅速的，不過具體看時間未知，，要解決寬帶共享對象而且性問題，我們也可以可以使用volatile關(guān)鍵字的或加鎖。

2、競爭問題

線程A和線程B共享一個對象params,打比方線程A從主存加載變量到自己的緩存中，同時，線程B也讀取文件了變量到它的CPU緩存，另外這兩個線程都對做了加1操作，此時，加1操作被不能執(zhí)行了兩次，當(dāng)然了都在相同的CPU緩存中。

要是則四個加1操作是并行接口負(fù)責(zé)執(zhí)行的，這樣的話變量便會在各種值上加2，到最后主內(nèi)存中的值會為3，接著圖中兩個加1操作是分頭并進(jìn)的，論是線程A肯定線程B先flush計算出而到主存，終于主存中的只會增加1次轉(zhuǎn)成2，哪怕總共有兩次加1你的操作，要幫忙解決上面的問題我們是可以在用synchronized代碼塊。

3、重升序

除此之外寬帶共享內(nèi)存和工作內(nèi)存給了的問題，還必然重排序的問題，在執(zhí)行程序時，目的是想提高性能，編譯器和處理器經(jīng)常會會對指令做重排序。

重排序分3中類型：

(1)編譯器優(yōu)化的重排序。

(2)指令級并行的重排序

(3)內(nèi)存系統(tǒng)的重排序

①數(shù)據(jù)依賴性

數(shù)據(jù)依賴性：如果不是兩個操作不能訪問同一變量，且這兩個操作中有一個為寫，此時這兩個操作之間就修真者的存在數(shù)據(jù)依賴性。

依賴性可分100元以內(nèi)三種：

上圖很的確，A和C存在數(shù)據(jù)依賴，B和C也存在地數(shù)據(jù)依賴，而A和B之間不未知數(shù)據(jù)依賴，如果沒有重排序了A和C也可以B和C的執(zhí)行順序，程序的執(zhí)行結(jié)果是會被變動。

很的確，論如何重排序，都可以只要代碼在單線程下的運行錯誤的，連單線程下都難以只要，更不用什么再討論多線程并發(fā)的情況，所以才就做出一個and-if-serial的概念。

4、like-if-serial

意思是：論怎么重排序（編譯器和處理器是為想提高并行度），（單線程）程序的執(zhí)行結(jié)果又不能被決定。編譯器、runtime和處理器都前提是不違背as-if-serial語義。

A和C之間未知數(shù)據(jù)依賴，同樣的B和C之間也存在地數(shù)據(jù)依戀關(guān)系，而在結(jié)果想執(zhí)行的指令序列中，C不能被重排序A和B的前面（C排到A和B的前面，程序的結(jié)果將是被決定）。但A和B之間沒有數(shù)據(jù)依戀關(guān)系，編譯器和處理器也可以重排序A和B之間的想執(zhí)行順序。

like-if-serial語義把單線程程序保衛(wèi)了下來，遵守as-if-serial語義的編譯器、runtime和處理器可以讓我們感覺到：單線程程序感覺起來是按程序的順序來想執(zhí)行的。as-if-srial語義使單線程程序不需擔(dān)心重排序干擾到他們，也不需要擔(dān)心那內(nèi)存可見性的問題。

5、內(nèi)存屏障

Java編譯器在生成指令序列的適度地位置會插入內(nèi)存屏障來私自特定的事件類型的處理去重排序，最終達(dá)到讓程序按我們想象之外的流程去負(fù)責(zé)執(zhí)行。

①保證某種特定操作的執(zhí)行順序

②會影響某些數(shù)據(jù)(或者是某條指令的執(zhí)行結(jié)果）的內(nèi)存可見性

編譯器和CPU也能重排序指令，可以保證到最后同一的結(jié)果，接觸優(yōu)化系統(tǒng)性能。插入到一條MemoryBarrier會說說編譯器和CPU，不管什么指令都又不能和這條Memory Barrier指令重排序。

MemoryBarrier所做的另外一件事是滿刷出各種CPUcache,如一個Write-Barrier(寫入到屏障）將刷出處的Barrier之前寫入文件cache的數(shù)據(jù)，因此，任何CPU上的線程都能讀取到這些數(shù)據(jù)的2011版版本。

JMM把內(nèi)存屏障指令統(tǒng)稱4類：

StoreLoadBarriers是一個全能型的屏障，它同樣的具備其他3個屏障的效果，

volatile關(guān)鍵字可以介紹

1、絕對的保證要知道性

對一個volatile變量的讀，時總能看見(不可以線程)對這個volatile變量到最后的寫。

我們先看下面代碼：

initFlag還沒有用volatile關(guān)鍵字形容詞性；

上面結(jié)果為：

那就證明一個線程變化initFlag狀態(tài)，別外一個線程看不到；

如果而且volatile關(guān)鍵字呢？

而追加：

我們通過匯編看下代碼的終于底層實現(xiàn)程序：

volatile寫的內(nèi)存語義追加：

當(dāng)寫一個volatile變量時，JMM會把該線程按的本地內(nèi)存中的共享變量值重新登錄到主內(nèi)存。

當(dāng)讀一個volatile變量時，JMM會把該線程不對應(yīng)的本地內(nèi)存置為生效。線程接下來的將從主內(nèi)存中無法讀取鏈接共享變量。

比如說：

如果沒有我們將flag變量以volatile關(guān)鍵字可以修飾，這樣的話事實上：線程A在寫flag變量后，本地內(nèi)存A中被線程A更新過的兩個寬帶共享變量的值都被手動刷新到主內(nèi)存中。

在讀flag變量后，本地內(nèi)存B包含的值巳經(jīng)被置為不能解除。此時，線程B可以從主內(nèi)存中讀取文件互相訪問變量。線程B的讀取操作將可能導(dǎo)致本地內(nèi)存B與主內(nèi)存中的共享變量的值變的一致。

如果沒有我們把volatile寫和volatile讀兩個步驟看專業(yè)出聲看的話，在讀線程B讀一個volatile變量后，寫線程A在寫這個volatile變量之前所有而且的共享變量的值都將立即變得異常對讀線程B可以說。

2、原子性

volatile不能保證變量的原子性；

運行結(jié)果萬分感謝：

只不過count

包涵三個操作：

(1)讀取變量count

(2)將count變量的值加1

(3)將計算出后的值再賦給變量count

從JMM內(nèi)存總結(jié)：

下面從字節(jié)碼分析為什么i這種的用volatile修改不能能保證原子性？

javap:字節(jié)碼查找

不過i這種操作主要可以分成三類3步：（匯編）

加載volatile變量值到local提高變量的值把local的值寫回，讓其它的線程所以說

Load到store到內(nèi)存屏障，最少4步，其中到最后半步j(luò)vm讓這個2012版的變量的值在所有線程可見，也就是之后踏上一步讓所有的CPU內(nèi)核都額外了哪個網(wǎng)站的值，但中間的幾步（從Load到Store）是不安全的的，中間要是其他的CPU可以修改了值將會全部丟失。

3、活動有序性

(1)volatile重排序規(guī)則表

①當(dāng)?shù)诙€你操作是volatile寫時，反正第一個操作是什么，都肯定不能重排序。這個規(guī)則確保volatile寫之前的操作不會被編譯器重排序到volatile寫之后。

②當(dāng)最后一個操作是volatile讀時，無論第二個操作是什么，都不能重排序。這個規(guī)則以保證volatile讀之后的操作應(yīng)該不會被編譯器重排序到volatile讀之前。

③當(dāng)另一個能操作是volatile寫，第二個操作是volatile讀時，又不能重排序。

（2）volatile的內(nèi)存屏障

①volatile寫

storestore屏障：這對這樣的語句store1storestorestore2，在store2及后續(xù)寫入操作不能執(zhí)行前，保證store1的中寫入操作對其它處理器所以說。(也就是說如果再次出現(xiàn)storestore屏障，那么store1指令一定會會在store2之前不能執(zhí)行，CPU不會store1與store2并且重排序)

storeload屏障：對于這樣的語句store1storeloadload2，在load2及現(xiàn)所有加載操作不能執(zhí)行前，保證store1的寫入文件對所有處理器而且。(也就是說假如又出現(xiàn)storeload屏障，這樣的話store1指令是有會在load2之前想執(zhí)行,CPU不會對store1與load2接受重排序

②volatile讀

在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadLoad屏障。在每個volatile讀操作的后面直接插入一個loadstore屏障。

loadload屏障：對于這樣的語句load1loadloadload2，在load2及后續(xù)讀取操作要無法讀取的數(shù)據(jù)被不能訪問前，可以保證load1要讀取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)被加載后。（也就是說，要是再次出現(xiàn)loadload屏障，那你load1指令是有會在load2之前執(zhí)行，CPU不會對load1與load2進(jìn)行重排序）

loadstore屏障：是對這樣的語句load1loadstorestore2，在store2及后續(xù)寫入操作被刷出前，能保證load1要讀取的數(shù)據(jù)被讀取數(shù)據(jù)完畢后。（也就是說，如果沒有再次出現(xiàn)loadstore屏障，那就load1指令一定會在store2之前不能執(zhí)行，CPU應(yīng)該不會對load1與store2并且重排序）

volatile的實現(xiàn)原理

volatile的實現(xiàn)原理

?通過對OpenJDK中的unsafe.cpp源碼的分析，會發(fā)現(xiàn)被unsafe關(guān)鍵字修飾的變量會存在一個“l(fā)ock:”的前綴。

?Lock前綴，Lock不是一種內(nèi)存屏障，但是它能結(jié)束的的內(nèi)存屏障的功能。Lock會對CPU總線和高速緩存加鎖，這個可以表述為CPU指令級的一種鎖。

?同樣的該指令會將當(dāng)前處理器緩存行的數(shù)據(jù)然后寫會到系統(tǒng)內(nèi)存中，且這個寫回內(nèi)存的操作會使在其他CPU里系統(tǒng)緩存了該地址的數(shù)據(jù)不能解除。

?具體一點的執(zhí)行上，它先對總線和緩存加鎖，然后再想執(zhí)行后面的指令，結(jié)果能量鎖后會把高速緩存中的臟數(shù)據(jù)完全刷新回主內(nèi)存。在Lock鎖住總線的時候，其他CPU的讀寫請求都會被阻塞，直到鎖釋放。

【歡迎隨手查哈@碼農(nóng)的幾天,希望對你有幫助】

如何學(xué)好物聯(lián)網(wǎng)的知識？

來看看這里，這里有你打算的物聯(lián)網(wǎng)中核心嵌入式系統(tǒng)的課程。

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《動手學(xué)樹莓派——python上篇》：

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