🟠 volatile

1. 使用

• 修饰变量

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2. 作用

1) 保证可见性

• 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
• 遵循 MESI 协议，被 volatile 修饰的变量会不断从主存嗅探 & CAS 无限循环

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1. 写操作：

• 当写一个 volatile 变量时，JMM 会把该线程对应的本地内存共享变量值刷回主存，其他线程通过嗅探监听，将自己线程该缓存行无效

2. 读操作:

• 当读一个 volatile 变量时，本线程若发现本地内存的缓存行无效，会从主内存中读取共享变量

MESI 协议 [缓存一致性协议]

• M [Modify] 修改
  • 该缓存行有效，数据只存在于当前线程所在的缓存行
• E [Exclusive] 独占
  • 该缓存行有效，数据只存在于当前线程所在缓存行，数据和主存中的数据一致
• S [Shared] 共享
  • 该缓存行有效，数据和主存一致，同时存在于多个缓存行
• I [Invalid] 无效
  • 该缓存行无效

[注：]

• MESI 只对单个缓存行加锁，而不影响其他缓存行的数据
• 当 Modify 时，只能有一个线程可以进行操作，其他线程若想对该缓存行的数据进行修改操作，会失败，且该缓存行的状态变更为 Invalid

2) 保证有序性，禁止指令重排

① 指令重排

1. 普通情况下，源代码会经过以下步骤，并不一定按照原有指令顺序执行

2. 即使如此，但仍会遵循 as-if-serial & happen-before 原则

② volatile 禁止指令重排原理

1. 读操作：
   • 禁止后面的 普通读写 + volatile 读写 操作重排到它之前
   • 借助内存屏障实现

2. 写操作：
   • 禁止前面的 普通读写 + volatile 读写 操作重排到它之后
   • 禁止后面的 volatile 读写 操作重排到它之后

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3. JMM

1) 作用

• 屏蔽硬件 & 操作系统的差异，不同系统的主存中有 L1, L2, L3 等分级缓存，JMM 保证在所有系统下 Java 程序能达到一致的访问效果

原子性

• 通过 lock, unlock, load, read, assign, use, store, write 保证原子操作

有序性

• 借助 synchronized, volatile 等实现

可见性

• 遵循 happen-before 原则
• 借助 synchronized, volatile 等实现

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4. happen-before

1) 单线程 happen-before 原则

• 在同一个线程中，书写在前面的操作 happen-before 后面的操作
• 前面的操作产生的结果必须对后面的操作可见，而不一定前面的操作必须先于后面的操作执行，如果不影响则可能发生指令重排

2) happen-before 的传递性原则

• 如果 A 操作 happen-before B 操作，B 操作happen-before C 操作，那么 A 操作happen-before C 操作

3) 线程启动的 happen-before 原则

• 同一个线程的 start() happen-before 此线程的其它方法

4) 线程中断的 happen-before 原则

• 对线程 interrupt() 的调用 happen-before 被中断线程的检测到中断发送的代码
• interrupt() 改变的状态必须对后续执行的检测方法可见

5) 线程终结的 happen-before 原则

• 线程中的所有操作都 happen-before 线程的终止检测

6) 对象创建的 happen-before 原则

• 一个对象的初始化完成先于它的 finalize() 调用

7) 锁的 happen-before 原则

• 同一个锁的 unlock() happen-before 该锁的 lock()

8) volatile的 happen-before 原则

• 对一个 volatile 变量的 写 操作 happen-before 对此变量的任意操作
• 对 volatile 变量的写操作的结果对于发生于其后的任何操作的结果都是可见的
• x86 架构下 volatile 通过 内存屏障 和 缓存一致性协议 实现了变量在多核心之间的一致性