并发编程系列之volatile内存语义

前言

前面介绍顺序一致性模型时，我们提到了程序如果正确的同步就会具备顺序一致性，这里所说的同步泛指广义上的同步，其中包括就包括同步原语volatile，那么volatile声明的变量为什么就能保证同步呢？这又是如何实现的呢？今天就让我们一起来揭开这神秘的面纱，OK，开始我们今天的并发编程之旅吧。

volatile的特性

volatile特性可以理解为对volatile变量的单个读写，看成是使用了同一个锁对这些单个读写进行了同步，他们之间的执行效果是一样的；volatile变量自身具有下面2种特性：

可见性：对一个volatile变量的读，总是能看到对这个volatile变量最后的写入结果，就是保证最后一次的写入操作一定发生在读操作之前；

原子性：对任意单个volatile变量的读-写具有原子性，但是对于volatile++这种复合操作就不保证其原子性了；

volatile写-读的内存语义

volatile写内存语义：当写一个volatile变量时，JMM会把线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存，如下图所示：

volatile读内存语义：当读一个volatile变量时，JMM会把线程对应的本地内存置为无效，线程接下来将从主内存中读取共享变量，如下图所示：

volatile内存语义的实现

接下来我们再看看volatile在JMM中是如何实现的，首先看下面这张volatile重排序规则表：

NO表示不允许进行重排序，例如当第一个操作是volatile读时，就不允许重排序，为了实现volatile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，下面我们再看看JMM中内存屏障的插入策略：

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。这个屏障可以禁止上面的普通写和下面的volatile写发生重排序

在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。该屏障可以防止上面的volatile写与下面的volatile读或写操作发生重排序

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。该屏障可以禁止下面所有的普通读操作与上面的volatile读发生重排序

在每个volatile读后面插入一个LoadStore屏障，该屏障可以禁止下面所有的普通写和上面的volatile读发生重排序

volatile写插入内存屏障后生成的指令序列：

volatile读插入内存屏障后生成的指令序列：

以上就是同步原语volatile的内存语义，通过这篇文章可以了解到底层是如何保证同步的，希望你能有所收获，感谢阅读！！！