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'volatile' 是否保证任何线程读取最近写入的值?

如何解决'volatile' 是否保证任何线程读取最近写入的值?

摘自《Effective Java》一书:

虽然 volatile 修饰符不执行互斥,但它保证任何读取该字段的线程都会看到最近写入的值

SO 和许多其他来源声称类似。

这是真的吗?

我的意思是真的,不是一个足够接近的模型,或者只在 x86 上,或者只在 Oracle JVM 中,或者“最近写的”的一些定义,这不是标准的英语解释......

其他来源 (SO example) 说 Java 中的 volatile 就像 C++ 中的获取/释放语义。我认为 do not 从报价中提供了保证。

我发现在 JLS 17.4.4 中它说“对易失性变量 v 的写入(第 8.3.1.4 节)与任何线程对 v 的所有后续读取同步(其中“后续”是根据同步顺序)。”但我不太明白。

有相当多的消息来源支持反对这一点,所以我希望答案能够说服其中许多人(在任何一方)确实是错误的 - 例如参考或规范,或反例代码

解决方法

这是真的吗?

我的意思是真的,不是一个足够接近的模型,或者只在 x86 上,或者只在 Oracle JVM 中,或者“最近写的”的一些定义,这不是标准的英语解释......

是的,至少从某种意义上说,Java 的正确实现可以为您提供这种保证。

除非您使用一些奇特的、实验性的 Java 编译器/JVM (*),否则您基本上可以认为这是真的。

来自JLS 17.4.5

写入易失性字段(第 8.3.1.4 节)发生在每次后续读取该字段之前。


(*) As Stephen C points out,这种没有实现语言规范中描述的内存模型语义的奇特实现不能有用地(甚至合法地)描述为“Java ”。

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这不是真的。 JMM 基于顺序一致性,不保证顺序一致性实时排序;为此,您需要线性化。换句话说,只要不违反程序顺序(或者只要不能证明 po 被违反),读取和写入就可以倾斜。

读取易失性变量 a,需要查看内存顺序中在它之前的最新写入值。但这并不意味着实时排序。

有关该主题的好读物: https://concurrency-interest.altair.cs.oswego.narkive.com/G8KjyUtg/relativity-of-guarantees-provided-by-volatile

我会把它具体化:

假设有 2 个 CPU 和初始值为 0 的(易失性)变量 A。CPU1 存储 A=1,CPU2 加载 A。两个 CPU 的缓存行都包含处于 SHARED 状态的 A。

先推测执行store,写入store缓冲区;最终存储提交并退出,但由于存储的值仍在存储缓冲区中;它对 CPU2 尚不可见。到目前为止,缓存行不需要处于 EXCLUSIVE/MODIFIED 状态,因此 CPU2 上的缓存行仍然包含旧值,因此 CPU2 仍然可以读取旧值。

所以在实时顺序中,A的写在A=0的读之前被排序,但在同步顺序中,A=1的写在A=0的读之后被排序。

仅当存储离开存储缓冲区并想要进入 L1 缓存时,所有权请求 (RFO) 才会发送到所有其他 CPU,这些 CPU 将包含 A 的缓存行设置为 CPU2 上的 INVALID(RFO 预取我会省略)讨论)。如果 CPU2 现在要读取 A,则可以保证看到 A=1(请求将阻塞,直到 CPU1 完成对 L1 缓存的存储)。

在确认 RFO 后,缓存行在 CPU1 上设置为 MODIFIED,并将存储写入 L1 缓存。

因此,在存储执行/退役和对另一个 CPU 可见之间存在一段时间。但确定这一点的唯一方法是您是否向 CPU 中添加特殊的测量设备。

我相信在使用失效队列的读取端会发生类似的延迟效果。

在实践中,这不会成为问题,因为存储缓冲区的容量有限,最终需要排空(因此写入不能无限期地不可见)。因此,在日常使用中,您可以说 volatile 读取,读取的是最近的写入。

java volatile 写/读提供释放/获取语义,但请记住,易失性写/读比释放/获取语义更强。易失性写入/读取是顺序一致的,而释放/获取语义则不是。

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就试图证明的内容而言,引用本身是正确的,但从更广泛的角度来看,它是错误的。

它试图区分 sequential consistencyrelease/acquire semantics,至少在我的理解中是这样。这两个术语之间的区别相当“薄”,但非常重要。我试图简化 this answerhere 开头的区别。

作者试图说明 volatile 提供了 sequential consistency,正如其暗示的那样:

“...它保证任何线程...”

如果你看一下 JLS,它有这句话:

写入易失性字段(第 8.3.1.4 节)发生在每次后续读取该字段之前。

棘手的部分是后续及其含义,并且已经讨论过here。真正想要的意思是“观察到写入的后续”。因此,当 reader 观察到 writer 写入的值时,happens-before 是有保证的。

这已经意味着在下一次读取时不一定会看到写入,这可能是允许推测执行的情况。因此,在这方面,引述是错误的。

您找到的报价:

对易失性变量 v 的写入(第 8.3.1.4 节)与任何线程对 v 的所有后续读取同步(其中“后续”根据同步顺序定义)

没有更广泛的上下文就很难理解。简单来说,它在两个线程之间建立了 synchronizes-with 顺序(并隐式 happens-before),其中 volatile v 变量是一个 shared 变量。 here is an answer 这里有更广泛的解释,因此应该更有意义。

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