Java 易失性是否阻止缓存或强制实施直写缓存？

caching concurrency multithreading java volatile

2022-09-03 14:14:22

我试图理解Java的关键字，即在具有CPU缓存的多线程程序中写入易失性原子变量。volatile

我已经阅读了几个教程和Java语言规范，特别是关于“在排序之前发生”的第17.4.5节。我的理解是，当线程将新值写入易失性变量时，更新后的值必须对读取该变量的其他线程可见。对我来说，这些语义可以通过以下两种方式之一实现：

线程可以在 CPU 缓存中缓存易失性变量，但对缓存中变量的写入必须立即刷新到主内存。换句话说，缓存是直写的。
线程永远无法缓存易失性变量，并且必须在主内存中读取和写入此类变量。

本教程（http://tutorials.jenkov.com）中提到了方法 1，它说：

通过声明计数器变量易失性，对计数器变量的所有写入都将立即写回主内存。

方法 2 在 Stackoverflow 问题“Java 中的易失性变量”中提到，本教程还说：

此变量的值永远不会在本地线程缓存：所有读取和写入都将直接进入“主内存”

哪一种是Java中使用的正确方法？

相关的堆栈溢出问题没有回答我的问题：

Java 中的易失性变量

Java 易失性读刷新写入和易失性写更新读取

Java 易失性和高速缓存一致性

答案 1

保证只是您在语言规范中看到的内容。从理论上讲，编写易失性变量可能会强制缓存刷新到主内存，或者可能不会，也许后续读取会强制缓存刷新，或者以某种方式导致在没有缓存刷新的情况下在缓存之间传输数据。这种模糊性是故意的，因为它允许潜在的未来优化，如果更详细地阐明易失性变量的机制，这些优化可能是不可能的。

在实践中，对于当前的硬件，这可能意味着，如果没有一致的缓存，写入易失性变量会强制缓存刷新到主内存。当然，使用一致的缓存，不需要这样的刷新。

答案 2

在Java中，最准确地说，所有线程都将看到最近对易失性字段的写入，以及该易失性读/写之前的任何写入。

在Java抽象中，这在功能上等同于从共享内存中读取/写入的易失性字段（但这在较低级别上并不严格准确）。

在比与Java相关的级别低得多的水平上;在现代硬件中，对任何和所有内存地址的任何和所有读取/写入始终发生在L1中，并且首先寄存器。话虽如此，Java旨在向程序员隐藏这种低级行为，因此这仅在概念上与讨论相关。

当我们在Java中的字段上使用关键字时，这只会告诉编译器在读取/写入该字段时插入称为内存屏障的东西。记忆屏障有效地确保了两件事;volatile

读取此地址的任何线程都将使用最新的值（屏障使它们等到最近的写入操作返回到共享内存，并且在此更新的值进入其 L1 高速缓存之前，任何读取线程都不能继续）。
对任何字段的读取/写入都不能越过障碍（也就是说，它们总是在另一个线程可以继续之前被写回去，编译器/ OOO不能将它们移动到障碍之后的某个点）。

举一个简单的Java例子;

//on one thread
counter += 1; //normal int field
flag = true; //flag is volatile

//on another thread
if (flag) foo(counter); //will see the incremented value

从本质上讲，当设置为时，我们会创建一个内存屏障。当线程 #2 尝试读取此字段时，它会遇到我们的障碍并等待新值到达。同时，CPU 确保在新值到达之前将其写回。结果，如果然后将被增加。flagtruecounter += 1flag == truecounter

所以总结一下;

所有线程都会看到易失性字段的最新值（可以粗略地描述为“读取/写入通过共享内存”）。
对易失性字段的读取/写入与以前对一个线程上任何字段的读取/写入建立发生之前的关系。