易失性变量和其他变量

Question

易失性变量和其他变量

javamultithreadingconcurrencyvolatilememory-visibility

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以下内容摘自经典著作《Java并发编程实践》：

当线程A写入一个volatile变量后，随后线程B读取同一变量时，所有在A写入volatile变量之前可见的变量的值都将对B可见。

这个语句可能有些微妙之处，比如在这个上下文中，“所有变量”指什么？这是否意味着使用volatile关键字也会影响非volatile变量的使用？

作者不确定自己是否完全理解了这个陈述。您需要帮助吗？

- Cratylus

2个回答

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这意味着如果您写入十个非易失性变量并写入易失性变量，则必须在易失性变量之前设置所有非易失性变量。

如果您读取易失性变量和所有非易失性变量，则可以确保顺序不会交换。

- Peter Lawrey

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易失性变量中设置的值的顺序相对于其他变量（易失性或非易失性）不能改变，但是对于非易失性变量可能会发生这种情况。这意味着当您设置易失性变量时，即使它们不是易失性的，所有先前设置的值也将被缓存一致化。 - Peter Lawrey

它们将被缓存，但CPU确保每个缓存看到相同的值（或在需要时会要求）每个芯片插槽都有2或3级多个缓存。它们有一条通信总线，在需要时确保彼此同步。即使是多个芯片插槽也会进行通信以保持同步，避免从主内存读/写值。 - Peter Lawrey

我认为这里有一些混淆。我看到很多人评论说volatile关键字会影响处理器缓存的一级和二级缓存等。我不明白这可能是真的。首先，缓存一致性协议保证了多个线程对同一内存位置的视图始终同步。更有可能的是，虚拟机为每个线程维护一个单独的内存缓存区域，并且volatile关键字调用一些代码来使它们同步。 - Darren

JVM只使用执行高速缓存一致性读写或简单读写的指令，而不强制执行缓存一致性的指令。它不会执行CPU不支持的任何操作。此外，JVM可以针对非易失性字段进行读取优化，这意味着它们可能永远不会看到更新，因为它们在同一线程中未被更改。 - Peter Lawrey

彼得，我的观点是，我认为你所提到的缓存并不是处理器缓存。它应该是由虚拟机维护的缓存。换句话说，如果两个线程读取了两个不同的值，则它们正在从两个不同的内存地址中读取。如果两个线程从同一地址读取，则处理器的缓存一致性协议将保证它们都接收到相同的值。这就是我的理解。如果我错了，我想知道。 - Darren

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- assylias · Accepted Answer

你问题的答案在JLS #17.4.5中：

对 volatile 字段(§8.3.1.4)的写操作 happens-before 该字段之后的每次读操作。

因此，如果一个线程中有以下代码：

aNonVolatileVariable = 2 //w1
aVolatileVariable = 5 //w2

随后在另一个线程中：

someVariable = aVolatileVariable //r1
anotherOne = aNonVolatileVariable //r2

即使该变量不是volatile，您也有保证anotherOne将等于2。因此，使用volatile也会影响非volatile变量的使用。

更详细地说，这是由Java Memory Model (JMM)在同一部分提供的两个其他保证：intra thread order和transitivity所造成的（hb(x, y)表示x发生在y之前）：

如果x和y是同一线程的动作，并且x在程序顺序中先于y，则hb(x, y)。 [...] 如果hb(x, y)和hb(y, z)，则hb(x, z)。

在我的例子中： - hb(w1, w2) 和 hb(r1, r2) (intra thread semantics) - 因为volatile的保证，hb(w2, r1) 因此可以得出通过传递性推断出hb(w1, r2)。

JMM还保证，如果与happens-before关系正确同步，则程序的所有执行都将是sequential consistent（即看起来没有重新排序）。因此，在这种特定情况下，保证非volatile读取将看到非volatile写入的效果。