volatile的可见性和禁止指令重排序怎么实现的

# volatile 的可见性和禁止指令重排序怎么实现的

《深入理解 JAVA 虚拟机》中有如下描述：

“观察加入 volatile 关键字和没有加入 volatile 关键字时所生成的汇编代码发现，加入 volatile 关键字时，会多出一个 lock 前缀指令”

lock 前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供 3 个功能：

1. 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
2. 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
3. 如果是写操作，它会导致其他 CPU 中对应的缓存行无效。

所以可见性和禁止指令重排序如下：

• 可见性：
  volatile 的功能就是被修饰的变量在被修改后可以立即同步到主内存，被修饰的变量在每次是用之前都从主内存刷新。本质也是通过内存屏障来实现可见性
  写内存屏障（Store Memory Barrier）可以促使处理器将当前 store buffer（存储缓存）的值写回主存。读内存屏障（Load Memory Barrier）可以促使处理器处理 invalidate queue（失效队列）。进而避免由于 Store Buffer 和 Invalidate Queue 的非实时性带来的问题。
• 禁止指令重排序：
  volatile 是通过内存屏障来禁止指令重排序
  JMM 内存屏障的策略
  • 在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障。
  • 在每个 volatile 写操作的后面插入一个 StoreLoad 屏障。
  • 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障。
  • 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障。

典型使用场景 DCL：

public class Singleton {

    //volatile 是防止指令重排

    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {

        // 第一层判断 singleton 是不是为 null

        // 如果不为 null 直接返回，这样就不必加锁了

        if (singleton == null) {

            // 现在再加锁

            synchronized (Singleton.class) {

                // 第二层判断

                // 如果 A,B 两个线程都在 synchronized 等待

                //A 创建完对象之后，B 还会再进入，如果不再检查一遍，B 又会创建一个对象

                if (singleton == null) {

                    singleton = new Singleton();

                }

            }

        }

        return singleton;

    }

}