volatile和synchronized的底层实现原理

一：volatile

关于volatile的功能无非是两个： 1：保证保证线程间变量的可见性 2：防止指令重排序 下面我们就从字节码层面，JVM层面，CPU层面来解析是如何做到的。

1：字节码层面

首先编写一个很简单的类：

public class TestVolatile {
    int i;
    volatile int j;
}

编译并查看字节码： 由此可知：在字节码层面，加上volatile会给变量加上ACC_VOLATILE访问标识

2：JVM层面

这部分，无法用代码验证了，理论分析，其实是加了JVM层面的内存屏障，注意，是JVM规范的内存屏障，并不是真正的内存屏障。 JVM规范了四种内存屏障

而volatile则是在内存区的读写，都加屏障，具体如下，建议背过： StoreStoreBarrier:volatile写操作未执行前,保证前面的写操作完成 volatile 写操作 StoreLoadBarrier:volatile写操作执行完成前,后续不进行读写操作 LoadLoadBarrier:volatile 读操作未执行前,保证前面的读操作完成 volatile 读操作 LoadStoreBarrier:volatile 读操作执行完成前,后续不进行写读操作

3：CPU层面层面

上面说了ＪＶＭ层面的内存屏障，其实说到底,JVM只是在内存中运行的一个软件而已，真正保障volatile功能还是依靠底层的硬件。 其实，cpu也有内存屏障，但是只有三条。 写屏障 sfence: store| 在sfence指令前的写操作当必须在sfence指令后的写操作前完成。 读屏障 lfence：load | 在lfence指令前的读操作当必须在lfence指令后的读操作前完成。 读写屏障 mfence：modify/mix | 在mfence指令前的读写操作当必须在mfence指令后的读写操作前完成。 还有条汇编指令Lock 原子指令是一个Full Barrier，执行时会锁住内存子系统来确保执行顺序，甚至跨多个CPU。 Software Locks通常使用了内存屏障或原子指令来实现变量可见性和保持程序顺序 总结：其实,volatile是windows系统使用lock 指令实现 | MESI实现（MESI：缓存一致性协议，基于inter类型的CPU）

二：synchronized

1:字节码层面

同样的，synchronized的作用是实现同步操作我们主要来分析它的实现原理。 首先，创建一个类：

public class TestSync {

    //加在方法m上
    synchronized  void m(){}

    //加在方法n上的代码块上
    void n() {
        synchronized (this) {
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

    }
}

查看字节码：

从字节码可以看出，在方法上和代码块上加synchronized在字节码层面的实现是不一样的： 加在方法上：多了一个ACC_SYNCHRONIZED的访问标志 加在代码块上：1个monitorenter 两个monitorexit —>告诉虚拟机需要加锁

注意：这里为什么要两个monitorexit？

答：众所周知，synchronized在执行完成后会释放锁，monitorenter是加锁的开始，第一个monitorexit是正常执行完成后跳出释放锁的，第二个monitorexit是执行过程中如果抛出异常，是synchhronized自动退出的，防止继续持有锁，防止死锁的产生。

2：JVM层面

无法用代码实现，但我们都知道，Java是基于C/C++实现的，所以是C /C++ 调用了操作系统提供的同步机制

3：CPU层面

也是调用了CPU的lock指令 ，X86 : lock cmpxchg / xxx

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