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【摘要】目录
可见性(可保证)
MESI协议
过程如下
有序性(可保证)
重排序
volatile保证有序性的原理靠的是内存屏障
内存屏障的类型
volatile都加了哪些内存屏障
happens-before协议(正确重排序的规则)
原子性(不可保证)

可见性(可保证)

如图,可见性问题的产生源于内存模型,共享内存被多个线程同时使用的时候会产生如下的…

volatile保证有序性的原理靠的是内存屏障

内存屏障的类型

volatile都加了哪些内存屏障

happens-before协议(正确重排序的规则)

原子性(不可保证)

可见性(可保证)

如图,可见性问题的产生源于内存模型,共享内存被多个线程同时使用的时候会产生如下的问题(可见性问题)

1.不知道被变更的数据何时从工作内存store write 到主内存

2,即使刷回主内存,但并不知道另外的线程何时感知到, 然后重新加载新的数据

能够保证可见性的原理是,MESI一致性协议和 cpu嗅探机制

1,MESI是一整套的保证机制,volatile能做到当共享变量assign操作完成以后,立马进行store和write

2,同时其他cpu内的共享变量立马被过期掉, 如果再使用则重新在主内存中加载(通过cpu嗅探机制)

3,这些机制的指令就是:lock前缀指令

执行指令是:lock 前缀指令

MESI协议

Modified（修改）：数据被修改了，和内存中数据不一致，数据只存在于本Cache中。
Exclusive（独享）：数据和内存中的数据一致，数据只存在于本Cache中。
Shared（共享）：数据和内存中的数据一致，数据存在多个Cache中。
Invalid（无效）：一旦数据被标记为无效，那效果就等同于它从来没被加载到缓存中。

过程如下

CPU C1从缓存中读取了缓存，其他CPU都没有读，这时这条缓存行的状态为Exclusive（独享）状态
CPU C2 也从缓存中读取了缓存，这时这条缓存行的状态为Shared（共享）状态
当C1 CPU 修改了缓存，并回写到缓存中，这时这条缓存行的状态为Modified（修改）状态，然后会回写到主存中去
每个CPU读取完缓存行之后都在内存中监听已读缓存行的状态，这时C2 CPU 就会监听的缓存已被修改，此时，C2 CPU 就会把他设置为Invalid（无效）状态，无效状态的数据会被丢弃，如果想继续操作的话，还需要到主存中重新获取
最后，这条缓存在C1 CPU中的状态又会改为Exclusive（独享）状态

有序性(可保证)

重排序

1,在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序

2,为了保证顺序,JMM会禁止部分重排序

volatile保证有序性的原理靠的是内存屏障

内存屏障的类型

1,LoadLoad屏障：Load1；LoadLoad；Load2，确保Load1数据的装载先于Load2后所有装载指令，他的意思，Load1对应的代码和Load2对应的代码，是不能指令重排的

2,StoreStore屏障：Store1；StoreStore；Store2，确保Store1的数据一定刷回主存，对其他cpu可见，先于Store2以及后续指令

3,LoadStore屏障：Load1；LoadStore；Store2，确保Load1指令的数据装载，先于Store2以及后续指令

4,StoreLoad屏障：Store1；StoreLoad；Load2，确保Store1指令的数据一定刷回主存，对其他cpu可见，先于Load2以及后续指令的数据装载

volatile都加了哪些内存屏障

每个volatile写操作前面，加StoreStore屏障，禁止上面的普通写和他重排

每个volatile写操作后面，加StoreLoad屏障，禁止跟下面的volatile读/写重排

每个volatile读操作后面，加LoadLoad屏障，禁止下面的普通读和voaltile读重排

每个volatile读操作后面，加LoadStore屏障，禁止下面的普通写和volatile读重排

happens-before协议(正确重排序的规则)

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作
volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作,volatile变量写，再是读，必须保证是先写，再读
传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

原子性(不可保证)

在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。但是像i++、i+=1等操作字符就不是原子性的，它们是分成读取、计算、赋值几步操作，原值在这些步骤还没完成时就可能已经被赋值了，那么最后赋值写入的数据就是脏数据，无法保证原子性
但是 32位操作系统 Long Double 类型操作并非原子性, 而volatile能保证 Long Double类型操作的原子性
volatile为什么不能保证原子性(i++场景就保证不了原子性)

如上内存模型的图, 当flag的值被两个线程同时读到工作内存,

同时进行变更,

同时写回到工作内存,

这个时候不管谁先写会主存, 即使再通过MESI协议让缓存失效也已经来不及了, 这时候可能造成所有的变更都会被写会主存

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