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Java-关键字-violate的有序性.md

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转自：https://blog.csdn.net/qq_21729419/article/details/113733500

中心思想

使普通全局变量的写对其他线程立即可见（使用volatile有序性来传递）

内存屏障

先来一堆有必要的废话

  • LoadLoad屏障：对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
  • StoreStore屏障：对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
  • LoadStore屏障：对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
  • StoreLoad屏障：对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。

Java内存模型允许编译器和处理器对指令重排序以提高运行性能，并且只会对不存在数据依赖性的指令重排序。

为了实现volatile的有序性内存语义(jdk5之后)，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。

  • 在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
  • 在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
  • 在每个volatile读操作的前面插入一个LoadLoad屏障。
  • 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障

volatile写操作插入内存屏障后生成的指令序列如下图所示。
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volatile读操作插入内存屏障后生成的指令序列如下图所示。
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传递性 ：如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。

相信大家对上面的内容很熟悉了，但是代表啥意思呢，估计你还是一头雾水。我们举个例子

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int e = 0;
volatile f = 0;
 
 
//thread 1
e = 1;    //操作 A
f = 1;    //操作 B
 
//thread 2
 
int j = f;   //操作 C
int k = e;    //操作 D

我们假设 thread 1 执行结束之后thread 2执行，由于f是volatile变量，那么可知B操作的写,对于C操作的读是可见的。那么可得B先发生与C,每个线程单独来看， A先发生与B, C先发生与D,最后我们再加上传递性可知。

A->B->C->D

至此我们可以得到普通变量e的的写入对于其他线程立即可见（注意变量f在其中起到的作用）

Reentrantlock 也借助了volatile的这个特性

总结一下有序性的含义

  1. 禁止指令重排
  2. volatile写会将线程工作缓存（cpu缓存）中的所有数据写入主存
  3. volatile读会将线程工作缓存（cpu缓存）中的所有数据失效，读的时候需要从主存中取。

测试代码

前面举的例子比较难测试出反例（对普通变量的写，不通过volatile的有序性保证，其他线程不是立即可见），所以写了下面的测试代码。

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static int a = 0;
static volatile int b = 0;  //去掉volatile修饰会发生死循环，即变量a对于其他线程不是立即可见


public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread = new Thread(() -> {
        while(a==0) {
            int c = b;
        }
    });
    thread.start();

    Thread.sleep(200);

    new Thread(() -> {
        a = 1;
        b = 1;
    }).start();
    
    thread.join();
}