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这篇文章主要介绍“Java内存模型volatile的内存语义是什么”，在日常操作中，相信很多人在Java内存模型volatile的内存语义是什么问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”Java内存模型volatile的内存语义是什么”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！
理解volatile特性的一个好办法是把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个锁对单个读/写操作做了同步。
代码示例：
package com.lizba.p1;
/**
* <p>
* volatile示例
* </p>
*
* @Author: Liziba
* @Date: 2021/6/9 21:34
*/
public class VolatileFeatureExample {
/** 使用volatile声明64位的long型变量 */
volatile long v1 = 0l;
/**
* 单个volatile写操作
* @param l
*/
public void set(long l) {
v1 = l;
}
/**
* 复合(多个)volatile读&写
*/
public void getAndIncrement() {
v1++;
}
/**
* 单个volatile变量的读
* @return
*/
public long get() {
return v1;
}
}假设有多个线程分别调用上面程序的3个方法，这个程序在语义上和下面程序等价。
package com.lizba.p1;
/**
* <p>
* synchronized等价示例
* </p>
*
* @Author: Liziba
* @Date: 2021/6/9 21:46
*/
public class SynFeatureExample {
/** 定义一个64位长度的普通变量 */
long v1 = 0L;
/**
* 使用同步锁对v1变量进行写操作
* @param l
*/
public synchronized void set(long l) {
v1 = l;
}
/**
* 通过同步读和同步写方法对v1进行+1操作
*/
public void getAndIncrement() {
long temp = get();
// v1加一
temp += 1L;
set(temp);
}
/**
* 使用同步锁对v1进行读操作
* @return
*/
public synchronized long get() {
return v1;
}
}如上两个程序所示，一个volatile变量的单个读\写操作，与一个普通变量的读\写操作都是使用同一个锁来同步，它们之间的执行效果相同。
上述代码总结：
锁的happens-before规则保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性，这意味着对一个volatile变量的读，总能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。
锁的语义决定了临界区代码的执行具有原子性。这意味着，即使是64位的long型和double型变量，只要它是volatile变量，对该变量的读/写就具有原子性。如果是多个volatile操作或类似于volatile++这种复合操作，这些操作整体上不具备原子性。
总结volatile特性：
可见性。对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。
原子性。对任意volatile变量的读/写具有原子性，但类似volatile++这种复合操作不具有原子性。
对于程序员来说，我们更加需要关注的是volatile对线程内存的可见性。
从JDK1.5（JSR-133）开始，volatile变量的写-读可以实现线程之间的通信。从内存语义的角度来说，volatile的写-读与锁的释放-获取有相同的内存效果。
volatile的写和锁的释放有相同的内存语义
volatile的读和锁的获取有相同的内存语义
代码示例：
package com.lizba.p1;
/**
* <p>
*
* </p>
*
* @Author: Liziba
* @Date: 2021/6/9 22:23
*/
public class VolatileExample {
int a = 0;
volatile boolean flag = false;
public void writer() {
a = 1; // 1
flag = true; // 2
}
public void reader() {
if (flag) { // 3
int i = a; // 4
System.out.println(i);
}
}
}假设线程A执行writer()方法之后，线程B执行reader()方法。根据happens-before规则，
这个过程建立的happens-before关系如下：
根据程序次序规则，1 happens-before 2， 3 happens-before 4。
根据volatile规则，2 happens-before 3。
根据happens-before的传递性规则，1 happens-before 4。
图示上述happens-before关系：
总结：这里A线程写一个volatile变量后，B线程读同一个volatile变量。A线程在写volatile变量之前所有可见的共享变量，在B线程读同一个volatile变量后，将立即对B线程可见。
volatile写的内存语义
当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。
以上面的VolatileExample为例，假设A线程首先执行writer()方法，随后线程B执行reader()方法，初始时两个线程的本地内存中的flag和a都是初始状态。
A执行volatile写后，共享变量状态示意图。
线程A在写flag变量后，本地内存A中被线程A更新过的两个共享变量的值被刷新到主内存中，此时A的本地内存和主内存中的值是一致的。
volatile读的内存语义
当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将会从主内存中读取共享变量。
B执行volatile读后，共享变量的状态示意图:
在读flag变量后，本地内存B包含的值已经被置为无效。此时，线程B必须从主内存中重新读取共享变量。线程B的读取操作将导致本地内存B与主内存中的共享变量的值变为一致。
总结volatile的写和volatile读的内存语义
线程A写一个volatile变量，实质上是线程A向接下来将要读这个volatile变量的某个线程发出了（其对共享变量所做修改的）消息。
线程B读一个volatile变量，实质上是线程B接收了之前某个线程发出的（在写这个volatile变量之前对共享变量所做修改的）消息。
线程A写一个volatile变量，随后线程B读这个volatile变量，这个过程实质上是线程A通过主内存向线程B发送消息。
程序的重排序分为编译器重排序和处理器重排序（我的前面的博文内容有写哈）。为了实现volatile内存语义，JMM会分别禁止这两种类型的重排序。
volatile重排序规则表:
| 是否能重排序 | 第二个操作 | ||
|---|---|---|---|
| 第一个操作 | 普通读/写 | volatile读 | volatile写 |
| 普通读/写 | NO | ||
| volatile读 | NO | NO | NO |
| volatile写 | NO | NO |
上图举例：第一行最后一个单元格意思是，在程序中第一个操作为普通读/写时，如果第二个操作为volatile写，则编译器不能重排序。
总结上图：
第二个操作是volatile写时，都不能重排序。确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile之后
第一个操作为volatile读时，都不能重排序。确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile之前
第一个操作为volatile写，第二个操作为volatile读时，不能重排序。
为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。
JMM采取的是保守策略内存屏障插入策略，如下：
在每个volatile写操作屏障前面插入一个StoreStore屏障。
在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。
保守策略可以保证在任意处理器平台上，任意程序中都能得到正确的volatile内存语义。
保守策略下，volatile写插入内存屏障后生成的指令序列图：
解释：
StoreStore屏障可以保证在volatile写之前，其前面所有普通写操作已经对任意处理器可见了。这是因为StoreStore屏障将保障上面所有普通写在volatile写之前刷新到主内存。
保守策略下，volatile读插入内存屏障后生成的指令序列图：
解释：
LoadLoad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。LoadStore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。
上述volatile写和volatile读的内存屏障插入策略非常保守。在实际执行时，只要不改变volatile写-读的内存语义，编译器可以根据具体情况省略不必要的屏障。
代码示例：
package com.lizba.p1;
/**
* <p>
* volatile屏障示例
* </p>
*
* @Author: Liziba
* @Date: 2021/6/9 23:48
*/
public class VolatileBarrierExample {
int a;
volatile int v1 = 1;
volatile int v2 = 2;
void readAndWrite() {
// 第一个volatile读
int i = v1;
// 第二个volatile读
int j = v2;
// 普通写
a = i + j;
// 第一个volatile写
v1 = i + 1;
// 第二个volatile写
v2 = j * 2;
}
// ... 其他方法
}针对VolatileBarrierExample的readAndWrite()，编译器生成字节码时可以做如下优化：
注意：最后的StoreLoad屏障无法省略。因为第二个volatile写之后，程序return。此时编译器无法准确断定后面是否会有volatile读写操作，为了安全起见，编译器通常会在这里插入一个StoreLoad屏障。
上面的优化可以针对任意处理器平台，但是由于不同的处理器有不同的“松紧度”的处理器内存模型，内存屏障的插入还可以根据具体的处理器内存模型继续优化。
X86处理器平台优化
X86处理器仅会对写-读操作做重排序。X86不会对读-读、读-写和写-写重排序，因此X86处理器会省略掉这3种操作类型对应的内存屏障。在X86平台中，JMM仅需要在volatile写后插入一个StoreLoad屏障即可正确实现volatile写-读内存语义。同时这样意味着X86处理器中，volatile写的开销会远远大于读的开销。
功能上：
锁比
volatile更强大可伸缩性和执行性能上：
volatile更具有优势
到此，关于“Java内存模型volatile的内存语义是什么”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注亿速云网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！
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