volatile是如何禁止指令进行重排序的

news2024/11/25 7:21:34

Further Reading ： 内存屏障类型介绍（StoreStore，StoreLoad，LoadLoad，LoadStore）
Further Reading ：什么是指令重排

重排序分为编译器重排序和处理器重排序。为了实现volatile内存语义，JMM会分别限制这两种类型的重排序类型。

● volatile禁止的重排序
1、当第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。
2、当第一个操作是volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。
3、当第一个操作是volatile写，第二个操作是volatile读时，不能重排序。

●JMM针对编译器制定的volatile重排序规则表
在这里插入图片描述

● volatile如何禁止重排序的？
编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。
***第1步：***在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障，后面插入一个StoreLoad屏障。
在这里插入图片描述

●StoreStore屏障禁止上面普通写与下面volatile写重排序，上面普通读与下面volatile写如何禁止重排序？
虽然StoreStore屏障主要作用于防止store-store重排序，但在volatile写操作中实际会使用更复杂的内存屏障组合，以确保volatile写之前的普通读不会被重排到volatile写之后。

***第2步：***在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障
StoreLoad屏障禁止 volatile写和volatile读重排序

因为编译器常常无法准确判断在一个volatile写的后面是否需要插入一个StoreLoad屏障（比如，一个volatile写之后方法立即return）。为了保证能正确实现volatile的内存语义，JMM在采取了保守策略：在每个volatile写的后面，或者在每个volatile读的前面插入一个StoreLoad屏障。从整体执行效率的角度考虑，JMM最终选择了在每个volatile写的后面插入一个StoreLoad屏障。因为volatile写-读内存语义的常见使用模式是：一个写线程写volatile变量，多个读线程读同一个volatile变量。当读线程的数量大大超过写线程时，选择在volatile写之后插入StoreLoad屏障将带来可观的执行效率的提升。从这里可以看到JMM在实现上的一个特点：首先确保正确性，然后再去追求执行效率。

第3步：在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障，一个LoadStore屏障。

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