屏障指令三volatile

内存屏障是硬件之上、操作系统或JVM之下对并发作出的最后一层支持。

再向下是是硬件提供的支持向上是操作系统或JVM对内存屏障作出的各种封装。

内存屏障是一种标准各厂商可能采用不同的实现

即使指令的执行没有重排序是按顺序执行的但由于缓存的存在仍然会出现数据的非一致性的情况。

我们把这种普通读普通写可以理解为是有延迟的延迟读、延迟写因此即使读在前、写在后因为有延迟然后仍然会出现写在前、读在后的情况。

为了解决上述重排带来的问题提出了as-if-serial原则即不管怎么重排序程序执行的结果在单线程里保持不变。

为了遵守as-if-serial原则我们需要一种特殊的指令来阻止特定的重排使其保持结果一致这种指令就是内存屏障。

内存屏障有两个效果

阻止指令重排序在插入内存屏障指令后不管前面与后面任何指令都不能与内存屏障指令进行重排保证前后的指令按顺序执行即保证了顺序性。

全局可见插入的内存屏障保证了其对内存操作的读写结果会立即写入内存并对其他CPU核可见即保证了可见性解决了普通读写的延迟问题。

例如插入读屏障后能够删除缓存后续的读能够立刻读到内存中最新数据至少当时看起来是最新)。

插入写屏障后能够立刻将缓存中的数据刷新入内存中使其对其他CPU核可见。

lfence:读屏障load

fence)即读写屏障保证读写都串行化确保数据都写入内存并清除缓存。

loadload

读读该屏障用来禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通读重排序

storestore

写写该屏障可以保证在volatile写之前其前面的所有普通写操作都已经刷新到主内存中

loadstore

读写该屏障用来禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通写重排序

storeload

写读该屏障的作用是避免volatile与后面可能有的volatile读/写操作重排序

三volatile

可见性的定义常见于各种并发场景中以多线程为例当一个线程修改了线程共享变量的值其它线程能够立即得知这个修改。

从性能角度考虑没有必要在修改后就立即同步修改的值——如果多次修改后才使用那么只需要最后一次同步即可在这之前的同步都是性能浪费。

因此实际的可见性定义要弱一些只需要保证当一个线程修改了线程共享变量的值其它线程在使用前能够得到最新的修改值。

read:

作用于主内存将变量的值从主内存传输到工作内存主内存到工作内存load:

作用于工作内存将read从主内存传输的变量值放入工作内存变量副本中即数据加载use:

作用于工作内存将工作内存变量副本的值传递给执行引擎每当JVM遇到需要该变量的字节码指令时会执行该操作assign:

作用于工作内存将从执行引擎接收到的值赋值给工作内存变量每当JVM遇到一个给变量赋值字节码指令时会执行该操作store:

作用于工作内存将赋值完毕的工作变量的值写回给主内存write:

由于上述只能保证单条指令的原子性针对多条指令的组合性原子保证没有大面积加锁所以JVM提供了另外两个原子指令lock:

作用于主内存将一个变量标记为一个线程独占的状态只是写时候加锁就只是锁了写变量的过程。

unlock:

作用于主内存把一个处于锁定状态的变量释放然后才能被其他线程占用

2禁止指令重排序

真·重排序编译器、底层硬件CPU等出于“优化”的目的按照某种规则将指令重新排序尽管有时候看起来像乱序。

2问题来源

编译器编译时的优化处理器执行时的乱序优化缓存同步顺序导致可见性问题

场景1、2属于真·重排序场景3属于伪·重排序。

场景3也属于可见性问题

3怎么禁止指令重排序

读时不论第二个操作是什么都不能重排序这个操作保证了volatile读之后的操作不会被重排到volatile读之前

当第二个操作为

写时不论第一个操作是什么都不能重排序这个操作保证了volatile写之前的操作不会被重排到volatile写之后

当第一个操作为

多线程环境下数据计算和数据赋值操作可能多次出现即操作非原子。

若数据再加载之后若主内存中

count变量发生修改之后由于线程工作内存中的值在此之前已经加载从而不会对变更操作做出相应变化即私有内存和公共内存中变量不同步进而导致数据不一致

对于volatile变量JVM只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的也就是数据加载时是最新的。