实例分析JMM和Volatile的底层原理

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@小白创作中心

实例分析JMM和Volatile的底层原理

引用

来源

http://www.cdweb.net/article/psjppi.html

在Java并发编程中，JMM（Java Memory Model）和volatile关键字是两个非常重要的概念。本文将通过实例分析，深入探讨它们的底层原理，帮助读者更好地理解Java内存模型和线程安全机制。

JMM和volatile分析

1. JMM：Java Memory Model，java线程内存模型

JMM是一个抽象的概念，描述的是线程和内存间的通信。它类似于CPU缓存模型，是一个标准化的模型，用于屏蔽硬件和操作系统对内存访问的差异性。

2. JMM和8大原子操作结合

虽然文中没有详细展开这部分内容，但JMM定义了8个原子操作，这些操作是线程间通信的基础。

3. volatile的应用及底层原理探究

volatile关键字可以看作是轻量级的synchronized，主要用于保证共享变量的"可见性"。当一个线程修改了某个共享变量时，其他使用到该共享变量的线程能够及时读取到修改的值。与synchronized相比，volatile的执行成本更低，因为它不会引起线程上下文切换和调度。

下面通过一个简单的代码示例来说明volatile的使用：

public class VolatileTest {
    private static volatile boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) {
        update();
    }

    public static void update(){
        flag = true;
        System.out.println(flag);
    }
}

为了更深入地理解volatile的底层实现，我们可以查看JIT编译器生成的汇编指令。以下是查看步骤：

在jdk\jre\bin\ 目录下添加 hsdis-amd64.lib
在jdk1.8\jre\bin\server\目录下添加hsdis-amd64.dll文件

在IDEA中设置 JVM参数：

-server -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=compileonly,VolatileTest.update

运行Java程序即可打印出CompilerOracle: compileonly *VolatileTest.update

下面是带有volatile修饰的代码生成的汇编指令：

0x000000000f11ac90: lock add dword ptr [rsp],0h ;*putstatic flag ; - com.yew.test.VolatileTest::update@1 (line 17)

而没有volatile修饰的代码生成的汇编指令则没有lock前缀：

0x000000000f113707: mov byte ptr [r8+68h],1h ;*putstatic flag ; - com.yew.test.VolatileTest::update@1 (line 17)

通过比较可知：改变共享变量flag的值为true,该变量由Volatile修饰，进行汇编打印时，会有lock前缀修饰，根据IA-32架构软件开发者手册可知，lock前缀指令在多核CPU处理器下会引发两件事情：

将当前处理器缓存行的数据立即写回系统内存
wirte操作会使其他处理器中缓存该内存地址的数据无效

LOCK#声言期间，处理器独占任何共享内存。IA-32处理器和Intel 64处理器使用MESI（修改、独占、共享、无效）控制协议去维护内部缓存和其他处理器缓存的一致性。通过嗅探技术保证处理器内部缓存、系统缓存和其他处理器缓存的数据再总线上保持一致。当其他处理器打算回写内存地址，该地址是共享内存区域，那么嗅探的处理器会将它的缓存行设置为无效，下次访问相同内存时，强制执行缓存行填充。