volatile 系列之实现原理

        我们通过volatile解决了由于编译器的指令重排序导致的可见性问题，这意味着volatile 底层用到了内存屏障，下面我们从它的部分源码中找一下内存屏障相关的痕迹。
通过javap-V VolatileExample.class打印VolatileExample类的字节指令如下。

public static volatile boolean stop;descriptor: zflags:ACC_PUBLIC,ACC_STATIC,ACC_VOLATILE

        我们可以看到修饰了volatile关键字的属性，多了一个ACC_VOLATILE的flag。这个指令会通过字节码解释器来执行，定位到Hotspot源码的bytecodeInterpreter.cpp文件，找到_putstatic 指令的解析代码。
        静态变量的获取和赋值分别通过getstatic和putstatic指令来实现，非静态变量通过getfield 和 putfield 指令来操作stop字段代码如下：

CASE(_putstatic):
//省略部分代码
int field_offset = cache->f2_as_index(); 
if (cache->is_volatile()) {if (tos_type == itos) {obj->release_int_field_put(field_offset,STACK_INT(-1));} else if (tos_type -= atos){VERIFY_OOP(STACK_OBJECT(-1));obj->release_obj_field_put(field_offset,STACK_OBJECT(-1));                 OrderAccess::release_store(&BYTE_MAP_BASE[(uintptr_t)obj >> CardTableModRefBS::card_shift],0);}//省略部分代码OrderAccess::storeload();//省略部分代码
}

上面代码表示，如果当前字段采用volatile 修饰，即 cache->is_volatile()，则根据当前字段类型调用不同的方法进行赋值。

bool is_volatile    () const    { return (_flags & JVM_ACC_VOLATILE)!=0;}    

        在完成stop字段的赋值之后，代码调用了OrderAccess::storeload()内存屏障方法，会基于lock指令来实现内存屏障。
        回到某篇文章中演示VolatileExample可见性问题的代码。

public class VolatileExample {public volatile static boolean stop=false;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1=new Thread(()->{int i=0;while(!stop){ //此时t1 线程来加载stop的值，由于当前CPU的缓存行stop已经失效，
所以从main线程的缓存行加载或者直接从内存中加载。i++;});t1.start();System.out.println("begin start thread" ); Thread.sleep(1000); stop=true;//StoreLoad();//相当于在这里增加了一个内存屏障，该屏障把stop刷新到缓存行}
}

上述代码中，对stop增加了volatile关键字之后能够保证可见性的原因是:

• volatile关键字会在JVM层面声明一个C++的volatile,它能够防止JIT层面的指令重排序。
• 在对修饰了 volatile关键字的stop字段赋值后，JVM会调用storeload()内存屏障方法，该方法中声明了lock指令，该指令有两个作用。

        在CPU层面,给stop赋值的指令会先存储到Store Buffers中,所以lock 指令会使得Store Buffers 中的数据刷新到缓存行。

        使得其他CPU 中缓存了stop 的缓存行失效，也就是让存储在Invalidate Queues 中的对 stop 失效的指令立即生效。

        当其他线程再去读取stop 的值时,会从内存中或者其他缓存了stop字段的缓存行中重新加载，使得线程能够获得 stop 的最新的值。