Volatile指令重排

Volatile禁止指令重排

计算机在执行程序时候，为了提高性能，编译器和处理器常常会对编译器进程优化，一般分为以下三种

​ 源代码->编辑器优化的重排–>指令并行的重排->内部系统工单重排–>最终执行指令

单线程环境里面确保最终执行结果和代码顺序的结构一致

处理器在进行重排时候，必须要考虑指令之间的数据依赖性

多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程使用的变量能否安保证一致性无法确定，结果无法预测

指令重排的例子

public class ResortSeqDemo {
    int a= 0;
    boolean flag = false;

    public void method01() {
        System.out.println("进去方法一");
        a = 1;
        flag = true;
    }

    public void method02() {
        if(flag) {
            System.out.println("进去方法二");
            a = a + 5;
            System.out.println("reValue:" + a);
        }
    }
}
           

我们安装正常的顺序，分别调用方法method01()和method02(),安装这个顺序，最终的输出结果就是a的值为6

但是如果在多线程环境下，方法1和方法2不存在数据依赖性，因此原来执行的顺序可能是

a = 1;
	flag = true;
    
    a = a + 5;
    System.out.println("reValue:" + a);
           

但是经过编译器执行重排后，可能会出现这样的情况

flag = true;

a = a + 5;
System.out.println("reValue:" + a);

a=1；
           

也就是想咨询完flag=true之后，另外的一个线程立马调用方法method02，满足flag的判断，最终执行a+5，结果为5，这样同样会出现数据不一致的问题

出现这个问题的原因是，多线程情况下，线程交替执行，由于编辑器优化重排的存在，两个线程在使用变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。这样就需要通过volatile来休息，保证线程的安全性

Volatile针对指令重排做了什么

在字段voaltile针对指令重排做了什么，我们需要先了解一个概念，内存屏障，是一个CPU指令，它的作用有两个

• 保证特定的操作顺序
• 保证某些变量内存可见性

由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说，通过插入内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化。内存屏障的另外一个作用是刷新各种CPU缓存数，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本

内存屏障的作用

• 禁止指令重排
• 刷新缓存，任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本
• 也就是在volatile的写和读的时候，加入屏障，防止出现指令重排

线程安全获取保证

工作内存和主内存同步延迟现象导致可见性问题

• 可以通过synchronise或者volatile关键字解决，他们都可以让一个线程改变的变量立即对其他线程可见

对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题

• 可以使用volatile关键字解决

说明参考

文章为看视频博客学习过程中总结，方便自己以后好复习

https://www.bilibili.com/video/BV18b411M7xz

http://moguit.cn/#/