Volatile和CAS（可见性、有序性、内存屏障、MESI）解析
2021-03-02 16:10:07 0 举报AI智能生成
Volatile+CAS（可见性/有序性/内存屏障/MESI）
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<b style=""><font color="#0076b3">线程 👉</font></b>
<b><font color="#0076b3">CPU+JMM</font></b> 👉
<b><font color="#f15a23">CAS+Volatile</font></b>
<b><font color="#0076b3">Synchronized</font></b> 👉
<b><font color="#0076b3">JUC</font></b> 👉
<b><font color="#0076b3">线程池</font></b> 👉
<b style="font-size: inherit;"><font color="#0076b3">ThreadLocal</font></b><span style="font-size: inherit;"> 👉</span><br>
CAS
CAS是一种自旋操作，有3个操作数，变量v，期待值a，修改值b，当a=v时，将变量值修改为b，否则什么都不做
<b>Compare and Swap：比较并交换</b>
底层原理是sum.misc.Unsafe类，调用native方法实现<br>在系统的最底层CPU指令支持：lock cmpxchg
cmpxchg：CPU级别的CAS操作，非原子性
lock：多核CPU时，采用类似总线锁来完成CAS
lock指令在执行后面指令的时候锁定一个北桥信号
缺点
ABA问题
使用时间戳或版本号机制
只能保证一个共享变量的原子操作
如果CAS一直不成功会给CPU带来很大开销
应用：Atomic包
volatile
<b>可见性</b>
主要解决线程间共享变量的可见性和有序性
线程在对volatile修饰的变量 <b>执行写操作时会立刻把写入的值刷新到主内存，同时使副本失效</b>
① happen-before
对于两个操作 A 和 B，这两个操作可以在不同的线程中执行。如果 A Happens-Before B<br>那么可以保证，当 A 操作执行完后，A 操作的执行结果对 B 操作是可见的（8种规则之一）
原理：执行写操作的时候JVM会给CPU发送一条 <b>lock前缀指令</b>
CPU会立即将这个值写回主内存（<font color="#0076b3"><i><u>总线锁</u></i></font>）
同时使其他CPU缓存中的副本失效（触发MESI）
② MESI：缓存一致性协议
原理：各个CPU会对总线进行嗅探，如果发现有人修改了某个缓存的数据，那么CPU就会<br>将自己本地的缓存过期掉，再次读取那个变量的时候，就会从主内存重新加载最新的数据
MESI是四种修饰缓存行的四种状态的缩写，详细分析见上一小节（CPU架构）👉
<b>有序性</b>
内存屏障<br><b>禁止指令重排</b>
内存屏障其实也是一种JVM指令，Java内存模型的重排规则会要求Java编译器在生成<br>JVM指令时插入特定的内存屏障指令，通过这些内存屏障指令来禁止特定的指令重排序
四种类型
LoadLoad：保证load1的读取操作在load2及后续读取操作之前执行
LoadStore：在stroe2及其后的写操作执行前，保证load1的读操作已读取结束
StoreLoad：保证store1的写操作已刷新到主内存之后，load2及其后的读操作才能执行
StoreStore：在store2及其后的写操作执行前，保证store1的写操作已刷新到主内存
<b>不保证原子性</b>
如果一个变量被volatile修饰了，那么肯定可以保证每次读取这个变量值的时候得到的值是<br>最新的，但是一旦需要对变量进行自增这样的非原子操作，就不会保证这个变量的原子性
解决
加锁
AtomicInteger原子类
应用
单例模式的懒汉式（double-check）
适合只有一个线程修改，其他线程读取的情况
比如作为状态位，A线程调用了某个方法让B线程感知
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