Java volatile是否阻止缓存或强制执行直写缓存？

Question

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

我已经阅读了一些教程和Java语言规范，特别是关于“订购前发生”的第17.4.5节。我的理解是，当一个线程将一个新值写入一个可变变量时，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。

线程永远不能缓存易失性变量，必须在主存储器中读写这些变量。

本教程中提到了方法1(http://tutorials.jenkov.com)也就是说：

通过声明计数器变量为volatile，所有对计数器变量的写入都将立即写回主存。

方法2在Stackoverflow问题“Java中的Volatile variable”中提到，本教程也提到：

这个变量的值永远不会被本地线程缓存：所有读写操作都将直接进入“主内存”

Java中使用的正确方法是哪一种？

相关的Stackoverflow问题不回答我的问题：

Java中的可变变量

是否Java易失性读取刷新写入，以及易失性写入是否更新读取

Java易失性与缓存一致性

Answer 1

在Java内，最准确的说法是，所有线程都将看到对易失性字段的最新写入，以及在该易失性读取/写入之前的任何写入。

在Java抽象中，这在功能上等同于从共享内存读/写易失性字段（但在较低级别上，这并不严格准确）。

与Java相关的级别要低得多；在现代硬件中，对任何和所有内存地址的任何和所有读/写总是首先发生在L1和寄存器中。话虽如此，Java的设计目的是对程序员隐藏这种低级行为，因此这只是概念上与讨论有关。

当我们在Java的字段上使用易失性关键字时，这只是告诉编译器在读取/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；

>

任何读取此地址的线程都将使用最新的值（屏障使它们等待，直到最近的写入将其返回到共享内存，并且在更新后的值到达一级缓存之前，任何读取线程都不能继续）。

对任何字段的读/写都不能跨越障碍（也就是说，它们总是在另一个线程继续之前写回，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

本质上，当将标志设置为真时，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回写计数器=1。因此，如果flag==true，那么计数器将增加。

总而言之；

>

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/写通过共享内存”）。

对易失性字段的读取/写入与一个线程上的任何字段的先前读取/写入建立发生前关系。

Answer 2

这些保证只是您在语言规范中看到的。理论上，写入易失性变量可能会强制缓存刷新到主存储器，也可能不会，可能是随后的读取强制缓存刷新，或者以某种方式导致缓存之间的数据传输而没有缓存刷新。这种模糊性是故意的，因为它允许潜在的未来优化，如果更详细地说明波动变量的机制，这些优化可能是不可能的。

实际上，在当前的硬件中，这可能意味着，如果没有一致的缓存，写入易失性变量将迫使缓存刷新到主内存。当然，有了一致的缓存，就不需要这样的刷新了。