Java 的关键字Volatile 保证可见性的底层原因

苏见微

可见性的保证,得穿透jvm,直接从底层谈起。

volatile 的写操作,jvm编译的时候,会在前面加一个 lock 前缀的汇编指令。

lock 指令会引发以下两个动作:

  • 引发总线锁定(不一定,得看缓存行的状态,Exclusive和Modified则不会)
  • 强制刷新storeBuffer,到内存

《并发编程的艺术》中说,volatilesynchronized 的语意,就是因为第一个动作。而保证可见性的主要原因之一,就是第二个动作。另外一个原因是ESMI协议,变成Invalid状态的缓存行,需要重新拉取。

每一个cpu都有一个storeBuffer,在store的时候,并不会立即存入缓存,而是先存入storeBuffer,择机再存入缓存。而每个cup的storeBuffer,都是只对自己可见的,其他cpu无从得知(也就是无法通过总线获取),这就是造成不可见的根源!造成不可见的根源!造成不可见的根源!

所以,强制刷新下来,就可见了。


过程是这样的:

当一个volatile变量,被修改后,store时会存入storeBuffer。然后,强制把storeBuffer刷到缓存里,再从缓存写进内存里。然后当前的cpu会发信号给总线,通知其他cpu,这个volatile变量所在行,已经被改了,需要设置为失效(EMSI协议)。

其他cpu中的线程,要read这个volatile变量时,不得不重新拉数据。首先通过总线,去其他cpu缓存中找。没有的话,就得从内存拉。

因为之前,改volatile变量时,已经把缓存、内存里的变量更新了。再拉的都是新值。

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java程序员,linux系统爱好者。

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