java实现读写设备节点 java 读写屏障

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mob64ca13f937ae 2023-11-28 16:05:57

文章标签 java实现读写设备节点重排序 Memory 主存 文章分类 Java 后端开发

volatile 原理

volatile 的底层实现原理是内存屏障，Memory Barrier（Memory Fence）

对 volatile 变量的写指令后会加入写屏障
对 volatile 变量的读指令前会加入读屏障

1. 如何保证可见性

写屏障（sfence）保证在该屏障之前的，对共享变量的改动，都同步到主存当中

public void actor2(I_Result r) {
 	num = 2;
 	ready = true; // ready 是 volatile 赋值带写屏障
 	// 写屏障
}

而读屏障（lfence）保证在该屏障之后，对共享变量的读取，加载的是主存中最新数据

public void actor1(I_Result r) {
 	// 读屏障
 	// ready 是 volatile 读取值带读屏障
 	if(ready) {
 	r.r1 = num + num;
 	} else {
 	r.r1 = 1;
 	}
}

java实现读写设备节点 java 读写屏障_重排序

2. 如何保证有序性

写屏障会确保指令重排序时，不会将写屏障之前的代码排在写屏障之后

public void actor2(I_Result r) {
 	num = 2;
 	ready = true; // ready 是 volatile 赋值带写屏障
 	// 写屏障
}

读屏障会确保指令重排序时，不会将读屏障之后的代码排在读屏障之前

public void actor1(I_Result r) {
 	// 读屏障
 	// ready 是 volatile 读取值带读屏障
 	if(ready) {
	 	r.r1 = num + num;
	 } else {
 		r.r1 = 1;
	 }
}

java实现读写设备节点 java 读写屏障_重排序_02

还是那句话，不能解决指令交错：

写屏障仅仅是保证之后的读能够读到最新的结果，但不能保证读跑到它前面去
而有序性的保证也只是保证了本线程内相关代码不被重排序

3. double-checked locking 问题

代码如下

java实现读写设备节点 java 读写屏障_java实现读写设备节点_03

关键在于 0: getstatic 这行代码在 monitor 控制之外，它就像之前举例中不守规则的人，可以越过 monitor 读取INSTANCE 变量的值

这时 t1 还未完全将构造方法执行完毕，如果在构造方法中要执行很多初始化操作，那么 t2 拿到的是将是一个未初始化完毕的单例

对 INSTANCE 使用 volatile 修饰即可，可以禁用指令重排，但要注意在 JDK 5 以上的版本的 volatile 才会真正有效

4. double-checked locking 解决

加了volatile

public final class Singleton {
    private Singleton() { }
    private static volatile Singleton INSTANCE = null;
    public static Singleton getInstance() {
        // 实例没创建，才会进入内部的 synchronized代码块
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton.class) { // t2
                // 也许有其它线程已经创建实例，所以再判断一次
                if (INSTANCE == null) { // t1
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

如上面的注释内容所示，读写 volatile 变量时会加入内存屏障（Memory Barrier（Memory Fence）），保证下面两点：