内存不一致与线程交错有何不同？

我正在编写一个多线程程序，正在研究是否应该使用volatile对于我的布尔标志。关于并发性的文档 oracle Trail 没有解释任何关于memory consistency errors以外：

当不同的线程有内存一致性错误时，就会发生内存一致性错误。 对相同数据的看法不一致。

假设这些不一致的观点仅在“写入”操作之后发生。但多久之后呢？

实施例1

Thread A: Retrieve flag.
Thread B: Retrieve flag.
Thread A: Negate retrieved value; result is true.
Thread A: Store result in flag; flag is now true.
Thread B: System.out.print(flag) --> false

Since Thread A and Thread B同时运行，打印结果也可能为 true，具体取决于检索时间flag。对于不一致来说，这是完全有道理的。

但方式memory consistency errors描述了（对变量的写入不一定反映在其他线程中）听起来这也是正确的：

实施例2

Thread A: Retrieve flag.
Thread A: Change retrieved value; result is true.
Thread A: Store result in flag; flag is now true.
//any longer amount of time passes (while Thread A didn't explicitly happen-before Thread B, it obviously did.)
Thread B: Retrieve flag.
Thread B: System.out.print(flag) --> true OR false (unpredictable)

我强烈认为示例 2 不可能为真。问题是，只有当它is是的，我可以看到使用volatile建立一个happens-before.

如果是真的，为什么会这样呢？如果不是..为什么要使用volatile根本吗？

严格来说，理解 JVM 内存模型最具挑战性的事情之一是：timing（即你的挂钟）完全无关。

不管how long（根据您的挂钟）如果没有，则两个单独线程中的两个操作之间经过的时间发生在之前关系，绝对不能保证每个线程将在内存中看到什么。

In your 实施例2，棘手的部分是你提到的，

虽然线程 A 没有明确发生在线程 B 之前，显然是这样.

从上面的描述来看，你唯一能说的是obvious就是根据你挂钟的时间测量，发生了一些操作later相对于其它的. But 这并不意味着发生在严格意义上的 JVM 内存模型的关系。

让我展示一组与您对上面示例 2 的描述兼容的操作（即，根据您的挂钟进行的测量），这可能会导致true or false，并且不能做出任何保证。

• 主线程M启动线程A和线程B： 有一个发生在关系之前线程 M 和线程 A 之间以及线程 M 和线程 B 之间。因此，如果没有发生其他情况，线程 A 和线程 B 都将看到与线程 M 相同的布尔值。我们假设它被初始化为false（以使其与您的描述兼容）。

假设您正在多核计算机上运行。另外，假设线程 A 分配在 Core 1 中，线程 B 分配在 Core 2 中。

• 线程A读取布尔值: 它必然会读取false（请参阅前面的要点）。当这个读取发生时，它might某些内存页（包括包含该布尔值的内存页）将被缓存到 Core 1 的 L1 缓存或 L2 缓存（该特定核心本地的任何缓存）中。

• 线程A取反并存储布尔值: 它将存储true现在。但问题是：在哪里？直到一个发生在之前发生这种情况时，线程 A 可以自由地将这个新值仅存储在运行该线程的 Core 的本地缓存中。因此，该值可能会在 Core 1 的 L1/L2 缓存中更新，但在处理器的 L3 缓存或 RAM 中保持不变。

• 经过一些time（根据你的挂钟），线程B读取布尔值：如果线程 A 没有将更改刷新到 L3 或 RAM，则线程 B 完全有可能会读取false。另一方面，如果线程 A 刷新了更改，那么它是可能的线程 B 将读取true（但仍然不能保证——线程 B 可能已经收到了线程 M 的内存视图的副本，并且由于缺少发生之前，它不会再次访问 RAM 并且仍然会看到原始值）。

唯一的方法是保证任何事情都要有一个明确的发生在之前：它将强制线程 A 刷新其内存，并强制线程 B 不从本地缓存读取，而是真正从“权威”源读取。

如果没有发生之前，正如您从上面的示例中看到的那样，任何事情都可能发生，无论多少时间（从您的角度来看）不同线程中的事件之间经过。

现在，最大的问题是：为什么会volatile解决示例 2 中的问题?

如果该布尔变量被标记为volatile，如果操作的交错按照上面的示例 2 发生（即，从挂钟的角度来看），那么只有这样，线程 B 才能保证看到true（即，否则根本没有任何保证）。

原因是volatile帮助建立事前发生的关系。其过程如下：写到一个volatile变量发生在对同一变量的任何后续读取之前.

因此，通过标记变量volatile，如果从计时角度来看，线程 B 仅在线程 A 更新后才读取，则保证线程 B 能够看到更新（从内存一致性角度来看）。

现在有一个非常有趣的事实：如果线程 A 对非易失性变量进行更改，然后更新易失性变量，然后（从挂钟的角度来看）线程 B 读取该易失性变量，也保证线程 B 会看到所有更改到非易失性变量！这是由非常复杂的代码使用的，这些代码想要避免锁并且仍然需要强大的内存一致性语义。它通常被称为挥发性变量捎带.

最后一点，如果您尝试simulate（缺乏）发生在关系之前，这可能会令人沮丧......当您将内容写到控制台时（即，System.out.println），JVM 可能会在多个不同线程之间进行大量同步，因此大量内存实际上可能会被刷新，并且您不一定能够看到您正在寻找的效果...很难模拟所有这！