volatile在JVM內存交互中的操作

volatile在JVM內存交互中的操作

只是做一個簡單的記錄 ^_^

JMM

• 主內存（共享）: 本地方法區 + 堆
• 工作內存（線程私有）: 棧 + 寄存器(程序計數器 + CPU高速緩存區)
• 幾個規則:
  • 所有變量都會存在主內存中，工作內存會保存其中部分變量的拷貝
  • 線程對變量的操作必須在工作內存中進行，不能直接讀寫主內存的變量
  • 不同線程的工作內存是私有的，不能相互直接訪問，必須通過主內存傳遞
• 示意圖
  

JVM內存交互操作

• JVM定義了8種操作（原子）來完成主內存與工作內存之間的交互
  • read: 讀取，將變量從主內存傳到工作內存，接着將執行load
  • load: 載入，將read操作拿到的變量放到工作內存的變量
  • use: 使用，將工作內存的變量傳給執行引擎
  • assign: 賦值，將執行引擎得到的值賦值給工作內存的變量
  • store: 存儲，將工作的內存變量的值傳到主內存中，接着將執行write
  • write: 寫入，將store操作拿到變量放到主內存的變量
  • lock: 鎖定，將主內存變量標識爲線程獨佔狀態
  • unlock: 解鎖，將主內存變量解除線程獨佔狀態，其後可以被其他線程鎖定

volatile在其中的操作

• volatile會觸發lock/unlock，在硬件層的操作流程大致如下
  1. lock -> 鎖住主內存變量a，當前線程獨佔
  2. 變量a -> store進入主內存 -> wirte給主內存的變量a
  3. unlock -> 解除獨佔狀態
  4. lock操作會觸發MESI緩存一致性協議：CPU總線嗅探機制被觸發 -> 其他線程的該變量a失效 -> 其他線程重新從主內存獲取變量a

示例-非volatile修飾的變量賦值操作

• 代碼示例

  private static int a = 10;
  
  public static void main(String[] args) {
      new Thread(() -> {
          a = 15;
      }).start();
  }
  

• 示意圖

  -------主內存---------|-------工作內存---------|---------CPU--------
  a=10            --read-->--load-->  a=10   
                                              --use-->    計算
                                      a=15    <--assign--    
  a=15     <--write--<--store-- 
  

示例-volatile修飾的變量賦值操作（lock/unlock）

• 代碼示例

  private static volatile int a = 10;
  
  public static void main(String[] args) {
      new Thread(() -> {
          a = 15;
      }).start();
  }
  

• 示意圖

  -------主內存---------|-------工作內存---------|---------CPU--------
  a=10            --read-->--load-->  a=10   
                                              --use-->    計算
                                      a=15    <--assign--   
  -------------lock------------       
  a=15     <--write--<--store--       
  ------------unlock-----------