實例分析JMM和Volatile的底層原理

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JMM和volatile分析

1.JMM：Java Memory Model，java線程內存模型

JMM：它是一個抽象的概念，描述的是線程和內存間的通信，java線程內存模型和CPU緩存模型類似，它是標準化的，用于屏蔽硬件和操作系統對內存訪問的差異性。

2.JMM和8大原子操作結合

3.volatile的應用及底層原理探究

volatile ： 輕量級的synchronized,在多處理器的開發中保證了共享變量的"可見性"。可見性的意思：當一個線程修改了某個共享變量時，其他使用到該共享變量的線程能夠及時讀取到修改的值。修飾得當，比synchronized的執行成本更低，因為它不會引起線程上下文切換和調度。

public class VolatileTest {  private static volatile boolean flag = false;  public static void main(String[] args) {    update();  }  public static void update(){    flag = true;    System.out.println(flag);  }}Volatile JIT編譯器編譯java代碼為匯編指令查看1.在jdk\jre\bin\ 目錄下添加 hsdis-amd64.lib2.在jdk1.8\jre\bin\server\目錄下添加hsdis-amd64.dll文件3.在IDEA中設置 JVM參數-server -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=compileonly,VolatileTest.update4.運行Java程序即可打印出CompilerOracle: compileonly *VolatileTest.updateLoaded disassembler from E:\EclipseDev\jdk\jdk1.8\jre\bin\server\hsdis-amd64.dllDecoding compiled method 0x000000000f11aad0:Code:Argument 0 is unknown.RIP: 0xf11ac40 Code size: 0x000002a8[Disassembling for mach='amd64'][Entry Point][Verified Entry Point][Constants] # {method} {0x0000000008792b78} 'update' '()V' in 'com/yew/test/VolatileTest' #      [sp+0x40] (sp of caller) 0x000000000f11ac40: mov   dword ptr [rsp+0ffffffffffffa000h],eax 0x000000000f11ac47: push  rbp 0x000000000f11ac48: sub   rsp,30h 0x000000000f11ac4c: mov   r8,8792d70h    ;  {metadata(method data for {method} {0x0000000008792b78} 'update' '()V' in 'com/yew/test/VolatileTest')} 0x000000000f11ac56: mov   edx,dword ptr [r8+0dch] 0x000000000f11ac5d: add   edx,8h 0x000000000f11ac60: mov   dword ptr [r8+0dch],edx 0x000000000f11ac67: mov   r8,8792b70h    ;  {metadata({method} {0x0000000008792b78} 'update' '()V' in 'com/yew/test/VolatileTest')} 0x000000000f11ac71: and   edx,0h 0x000000000f11ac74: cmp   edx,0h 0x000000000f11ac77: je   0f11ad68h     ;*iconst_1                        ; - com.yew.test.VolatileTest::update@0 (line 17) 0x000000000f11ac7d: mov   r8,0d7b08a30h   ;  {oop(a 'java/lang/Class' = 'com/yew/test/VolatileTest')} 0x000000000f11ac87: mov   edx,1h 0x000000000f11ac8c: mov   byte ptr [r8+68h],dlvolatile修飾 0x000000000f11ac90: lock add dword ptr [rsp],0h ;*putstatic flag                        ; - com.yew.test.VolatileTest::update@1 (line 17)無Volatile修飾 0x000000000f113707: mov byte ptr [r8+68h],1h ;*putstatic flag                        ; - com.yew.test.VolatileTest::update@1 (line 17)通過比較可知：改變共享變量flag的值為true,該變量由Volatile修飾，進行匯編打印時，會有lock前綴修飾，根據IA-32架構軟件開發者手冊可知，lock前綴指令在多核CPU處理器下會引發兩件事情：【1】將當前處理器緩存行的數據立即寫回系統內存【2】wirte操作會使其他處理器中緩存該內存地址的數據無效LOCK#聲言期間，處理器獨占任何共享內存。IA-32處理器和Intel 64處理器使用MESI（修改、獨占、共享、無效）控制協議去維護內部緩存和其他處理器緩存的一致性。通過嗅探技術保證處理器內部緩存、系統緩存和其他處理器緩存的數據再總線上保持一致。當其他處理器打算回寫內存地址，該地址是共享內存區域，那么嗅探的處理器會將它的緩存行設置為無效，下次訪問相同內存時，強制執行緩存行填充。0x000000000f11ac95: nop 0x000000000f11ac98: jmp   0f11add4h     ;  {no_reloc} 0x000000000f11ac9d: add   byte ptr [rax],al 0x000000000f11ac9f: add   byte ptr [rax],al 0x000000000f11aca1: add   byte ptr [rsi+0fh],ah 0x000000000f11aca4: Fatal error: Disassembling failed with error code: 15Decoding compiled method 0x000000000f11ef50:Code:Argument 0 is unknown.RIP: 0xf11f080 Code size: 0x00000058[Entry Point][Verified Entry Point][Constants] # {method} {0x0000000008792b78} 'update' '()V' in 'com/yew/test/VolatileTest' #      [sp+0x20] (sp of caller) 0x000000000f11f080: mov   dword ptr [rsp+0ffffffffffffa000h],eax 0x000000000f11f087: push  rbp 0x000000000f11f088: sub   rsp,10h 0x000000000f11f08c: mov   r10,0d7b08a30h  ;  {oop(a 'java/lang/Class' = 'com/yew/test/VolatileTest')} 0x000000000f11f096: mov   byte ptr [r10+68h],1h 0x000000000f11f09b: lock add dword ptr [rsp],0h ;*putstatic flag                        ; - com.yew.test.VolatileTest::update@1 (line 17) 0x000000000f11f0a0: mov   edx,1ch 0x000000000f11f0a5: nop 0x000000000f11f0a7: call  0f0557a0h     ; OopMap{off=44}                        ;*getstatic out                        ; - com.yew.test.VolatileTest::update@4 (line 18)                        ;  {runtime_call} 0x000000000f11f0ac: int3           ;*getstatic out                        ; - com.yew.test.VolatileTest::update@4 (line 18) 0x000000000f11f0ad: hlt 0x000000000f11f0ae: hlt 0x000000000f11f0af: hlt 0x000000000f11f0b0: hlt 0x000000000f11f0b1: hlt 0x000000000f11f0b2: hlt 0x000000000f11f0b3: hlt 0x000000000f11f0b4: hlt 0x000000000f11f0b5: hlt 0x000000000f11f0b6: hlt 0x000000000f11f0b7: hlt 0x000000000f11f0b8: hlt 0x000000000f11f0b9: hlt 0x000000000f11f0ba: hlt 0x000000000f11f0bb: hlt 0x000000000f11f0bc: hlt 0x000000000f11f0bd: hlt 0x000000000f11f0be: hlt 0x000000000f11f0bf: hlt[Exception Handler][Stub Code] 0x000000000f11f0c0: jmp   0f0883a0h     ;  {no_reloc}[Deopt Handler Code] 0x000000000f11f0c5: call  0f11f0cah 0x000000000f11f0ca: sub   qword ptr [rsp],5h 0x000000000f11f0cf: jmp   0f057600h     ;  {runtime_call} 0x000000000f11f0d4: hlt 0x000000000f11f0d5: hlt 0x000000000f11f0d6: hlt 0x000000000f11f0d7: hlttrue

4.volatile的使用優化

java并發大師Doug Li在jdk7并發包中新增了一個隊列集合LinkeTransferQueue,它在使用Volatile關鍵字修飾變量時，采用追加字節的方式將變量填充到64字節

volatile修飾變量在進行修改時，會進行LOCK前置指令加鎖，鎖住緩存行的數據獨占

適用于：緩存行字節為64字節 處理器如 I7 酷睿 Pentium M等

不適用：非64字節寬的緩存行 P6系列或者奔騰 共享變量不會被頻繁的寫

5.并發編程的三大特性：可見性、原子性、有序性

volatile可以保證可見性、有序性，但是不保證原子性。

6.volatile關鍵字的語義分析

（1）保證可見性，volatile修飾的共享變量被修改時，其他處理器能立刻嗅探到共享變量值的改變

（2）保證有序性：根據happens-before原則可知，當變量使用volatile修飾時，程序代碼前后的位置不能發生指令重排和提取。

（3）volatile底層采用匯編的lock前綴指令鎖定共享變量內存地址的緩存行，從而控制并發的安全性(輕量級synchronized)

7.volatile使用場景以及和synchronized的區別

使用場景：1.標志狀態 2.DCL--雙重檢測鎖（單例模式） 3.保證可見性、順序性

區別：

1.使用上：volatile修飾變量 synchronized修飾方法或者代碼塊

2.原子性的保證 volatile不保證原子性 synchronized可以保證原子性

3.可見性保證機制不同 volatile通過匯編的lock前綴指令 synchronized使用Monitor屬性（Moniterentet 入口 Moniterexit--出口（包含異常））

4.有序性保證的鎖的粒度 volatile粒度小，synchronized粒度大

5.其他 volatile不會引起線程阻塞 synchronized會引起線程的阻塞

到此，相信大家對“實例分析JMM和Volatile的底層原理”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！