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volatile怎么实现的内存可见

本篇内容主要讲解“volatile怎么实现的内存可见”,感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习“volatile怎么实现的内存可见”吧!

创新互联公司专注于网站设计、成都做网站、网页设计、网站制作、网站开发。公司秉持“客户至上,用心服务”的宗旨,从客户的利益和观点出发,让客户在网络营销中找到自己的驻足之地。尊重和关怀每一位客户,用严谨的态度对待客户,用专业的服务创造价值,成为客户值得信赖的朋友,为客户解除后顾之忧。

volatile 讲解

1. 可见性案例

public class ApiTest {

    public static void main(String[] args) {
        final VT vt = new VT();

        Thread Thread01 = new Thread(vt);
        Thread Thread02 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException ignore) {
                }
                vt.sign = true;
                System.out.println("vt.sign = true 通知 while (!sign) 结束!");
            }
        });

        Thread01.start();
        Thread02.start();
    }

}

class VT implements Runnable {

    public boolean sign = false;

    public void run() {
        while (!sign) {
        }
        System.out.println("你坏");
    }
}
 

「这段代码」,是两个线程操作一个变量,程序期望当 sign 在线程 Thread01 被操作 vt.sign = true 时,Thread02 输出 你坏。

但实际上这段代码永远不会输出 你坏,而是一直处于死循环。这是为什么呢?接下来我们就一步步讲解和验证。 

2. 加上volatile关键字

我们把 sign 关键字加上 volatitle 描述,如下:

class VT implements Runnable {

    public volatile boolean sign = false;

    public void run() {
        while (!sign) {
        }
        System.out.println("你坏");
    }
}
 

「测试结果」

vt.sign = true 通知 while (!sign) 结束!
你坏

Process finished with exit code 0
 

volatile关键字是Java虚拟机提供的的最轻量级的同步机制,它作为一个修饰符出现,用来修饰变量,但是这里不包括局部变量哦

在添加 volatile 关键字后,程序就符合预期的输出了 你坏。从我们对 volatile 的学习认知可以知道。volatile关键字是 JVM 提供的最轻量级的同步机制,用来修饰变量,用来保证变量对所有线程可见性。

正在修饰后可以让字段在线程见可见,那么这个属性被修改值后,可以及时的在另外的线程中做出相应的反应。 

3. volatile怎么保证的可见性

 
3.1 无volatile时,内存变化
volatile怎么实现的内存可见
无volatile时,内存变化

首先是当 sign 没有 volatitle 修饰时 public boolean sign = false;,线程01对变量进行操作,线程02并不会拿到变化的值。所以程序也就不会输出结果 “你坏” 

3.2 有volatile时,内存变化
volatile怎么实现的内存可见
有volatile时,内存变化

当我们把变量使用 volatile 修饰时 public volatile boolean sign = false;,线程01对变量进行操作时,会把变量变化的值强制刷新的到主内存。当线程02获取值时,会把自己的内存里的 sign 值过期掉,之后从主内存中读取。所以添加关键字后程序如预期输出结果。

4. 反编译解毒可见性

类似这样有深度的技术知识,最佳的方式就是深入理解原理,看看它到底做了什么才保证的内存可见性操作。

 4.1 查看JVM指令

「指令」javap -v -p VT

 public volatile boolean sign;
    descriptor: Z
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_VOLATILE

  org.itstack.interview.test.VT();
    descriptor: ()V
    flags:
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: aload_0
         5: iconst_0
         6: putfield      #2                  // Field sign:Z
         9: return
      LineNumberTable:
        line 35: 0
        line 37: 4
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      10     0  this   Lorg/itstack/interview/test/VT;

  public void run();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field sign:Z
         4: ifne          10
         7: goto          0
        10: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        13: ldc           #4                  // String 你坏
        15: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        18: return
      LineNumberTable:
        line 40: 0
        line 42: 10
        line 43: 18
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      19     0  this   Lorg/itstack/interview/test/VT;
      StackMapTable: number_of_entries = 2
        frame_type = 0 /* same */
        frame_type = 9 /* same */
}
 

从JVM指令码中只会发现多了,ACC_VOLATILE,并没有什么其他的点。所以,也不能看出是怎么实现的可见性。

 
4.2 查看汇编指令

通过Class文件查看汇编,需要下载 hsdis-amd64.dll 文件,复制到 JAVA_HOME\jre\bin\server目录下。下载资源如下:

  • http://vorboss.dl.sourceforge.net/project/fcml/fcml-1.1.1/hsdis-1.1.1-win32-amd64.zip
  • http://vorboss.dl.sourceforge.net/project/fcml/fcml-1.1.1/hsdis-1.1.1-win32-i386.zip

另外是执行命令,包括:

  1. 基础指令:      java -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly
  2. 指定打印:      -XX:CompileCommand=dontinline,类名.方法名
  3. 指定打印:      -XX:CompileCommand=compileonly,类名.方法名
  4. 输出位置:      > xxx

最终使用:java -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=dontinline,ApiTest.main -XX:CompileCommand=compileonly,ApiTest.mian

指令可以在IDEA中的 Terminal 里使用,也可以到 DOS黑窗口中使用

「另外」,为了更简单的使用,我们把指令可以配置到idea的 VM options 里,如下图:

volatile怎么实现的内存可见
Idea VM options 配置编译指令

配置完成后,不出意外的运行结果如下:

Loaded disassembler from C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\bin\server\hsdis-amd64.dll
Decoding compiled method 0x0000000003744990:
Code:
Argument 0 is unknown.RIP: 0x3744ae0 Code size: 0x00000110
[Disassembling for mach='amd64']
[Entry Point]
[Constants]
  # {method} {0x000000001c853d18} 'getSnapshotTransformerList' '()[Lsun/instrument/TransformerManager$TransformerInfo;' in 'sun/instrument/TransformerManager'
  #           [sp+0x40]  (sp of caller)
  0x0000000003744ae0: mov     r10d,dword ptr [rdx+8h]
  0x0000000003744ae4: shl     r10,3h
  0x0000000003744ae8: cmp     r10,rax
  0x0000000003744aeb: jne     3685f60h          ;   {runtime_call}
  0x0000000003744af1: nop     word ptr [rax+rax+0h]
  0x0000000003744afc: nop
[Verified Entry Point]
  0x0000000003744b00: mov     dword ptr [rsp+0ffffffffffffa000h],eax
  0x0000000003744b07: push    rbp
  0x0000000003744b08: sub     rsp,30h           ;*aload_0
                                                ; - sun.instrument.TransformerManager::getSnapshotTransformerList@0 (line 166)

  0x0000000003744b0c: mov     eax,dword ptr [rdx+10h]
  0x0000000003744b0f: shl     rax,3h            ;*getfield mTransformerList
                                                ; - sun.instrument.TransformerManager::getSnapshotTransformerList@1 (line 166)

  0x0000000003744b13: add     rsp,30h
...
 

「运行结果就是汇编指令」,比较多这里就不都放了。我们只观察????重点部分:

   0x0000000003324cda: mov    0x74(%r8),%edx     ;*getstatic state
                                                 ; - VT::run@28 (line 27)
 
   0x0000000003324cde: inc    %edx
   0x0000000003324ce0: mov    %edx,0x74(%r8)
   0x0000000003324ce4: lock addl $0x0,(%rsp)     ;*putstatic state
                                                 ; - VT::run@33 (line 27)
 

编译后的汇编指令中,有volatile关键字和没有volatile关键字,主要差别在于多了一个 lock addl $0x0,(%rsp),也就是lock的前缀指令。

「lock指令」相当于一个内存屏障,它保证如下三点:

  1. 将本处理器的缓存写入内存。
  2. 重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置。
  3. 如果是写入动作会导致其他处理器中对应的内存无效。

那么,这里的1、3就是用来保证被修饰的变量,保证内存可见性。

 

5. 不加volatile也可见吗

有质疑就要有验证

我们现在再把例子修改下,在 while (!sign) 循环体中添加一段执行代码,如下;

class VT implements Runnable {

    public boolean sign = false;

    public void run() {
        while (!sign) {
            System.out.println("你好");
        }
        System.out.println("你坏");
    }
    
}
 

修改后去掉了 volatile 关键字,并在while循环中添加一段代码。现在的运行结果是:

...
你好
你好
你好
vt.sign = true 通知 while (!sign) 结束!
你坏

Process finished with exit code 0

到此,相信大家对“volatile怎么实现的内存可见”有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是创新互联网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!


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