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摘要：一言以蔽之，被修飾的變量能夠保證每個線程能夠獲取該變量的最新值，從而避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)臟讀的現(xiàn)象。為了實現(xiàn)內存語義時，編譯器在生成字節(jié)碼時，會在指令序列中插入內存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。
volatile原理volatile簡介Java內存模型告訴我們，各個線程會將共享變量從主內存中拷貝到工作內存，然后執(zhí)行引擎會基于工作內存中的數(shù)據(jù)進行操作處理。 線程在工作內存進行操作后何時會寫到主內存中？ 這個時機對普通變量是沒有規(guī)定的，而針對volatile修飾的變量給Java 虛擬機特殊的約定，線程對 volatile變量的修改會立刻被其他線程所感知，即不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)臟讀的現(xiàn)象，從而保證數(shù)據(jù)的“可見性”。
一言以蔽之，被volatile修飾的變量能夠保證每個線程能夠獲取該變量的最新值，從而避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)臟讀的現(xiàn)象。
volatile實現(xiàn)原理volatile是怎樣實現(xiàn)了？比如一個很簡單的Java代碼：
instance = new Instancce() //instance是volatile變量
在生成匯編代碼時會在volatile修飾的共享變量進行寫操作的時候會多出Lock前綴的指令。 我們想這個Lock指令肯定有神奇的地方，那么Lock前綴的指令在多核處理器下會發(fā)現(xiàn)什么事情了？主要有這兩個方面的影響：
將當前處理器緩存行的數(shù)據(jù)寫回系統(tǒng)內存
這個寫回內存的操作會使得其他CPU里緩存了該內存地址的數(shù)據(jù)無效
為了提高處理速度，處理器不直接和內存進行通信，而是先將系統(tǒng)內存的數(shù)據(jù)讀到內部緩存（L1，L2或其他）后再進行操作，但操作完不知道何時會寫到內存。 如果對聲明了volatile的變量進行寫操作，JVM就會向處理器發(fā)送一條Lock前綴的指令，將這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內存。但是，就算寫回到內存，如果其他處理器緩存的值還是舊的，再執(zhí)行計算操作就會有問題。
在多處理器下，為了保證各個處理器的緩存是一致的，就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，每個處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己緩存的值是不是過期了，當處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對應的內存地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設置成無效狀態(tài)，當處理器對這個數(shù)據(jù)進行修改操作的時候，會重新從系統(tǒng)內存中把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里。 因此，經過分析我們可以得出如下結論：
Lock前綴的指令會引起處理器緩存寫回內存
一個處理器的緩存回寫到內存會導致其他工作內存中的緩存失效
當處理器發(fā)現(xiàn)本地緩存失效后，就會從主內存中重讀該變量數(shù)據(jù)，即可以獲取當前最新值
這樣volatile變量通過這樣的機制就使得每個線程都能獲得該變量的最新值。
volatile的happens-before關系happens-before中的volatile 變量規(guī)則（Volatile Variable Rule）：對一個 volatile 變量的寫操作先行發(fā)生于后面對這個變量的讀操作。
public class VolatileExample {
private int a = 0;
private volatile boolean flag = false;
public void writer(){
a = 1; //1
flag = true; //2
}
public void reader(){
if(flag){ //3
int i = a; //4
}
}
}對應的happens-before關系如下:
加鎖線程A先執(zhí)行writer方法，然后線程B執(zhí)行reader方法。 圖中每一個箭頭兩個節(jié)點就代碼一個happens-before關系：
黑色的代表根據(jù)程序順序規(guī)則推導出來
紅色的是根據(jù)volatile變量的寫happens-before 于任意后續(xù)對volatile變量的讀
藍色的就是根據(jù)傳遞性規(guī)則推導出來的 這里的2 happen-before 3，同樣根據(jù)happens-before規(guī)則定義： 如果A happens-before B,則A的執(zhí)行結果對B可見，并且A的執(zhí)行順序先于B的執(zhí)行順序， 我們可以知道操作2執(zhí)行結果對操作3來說是可見的，也就是說當線程A將volatile變量 flag更改為true后線程B就能夠迅速感知。
volatile的內存語義public class VolatileExample {
private int a = 0;
private volatile boolean flag = false;
public void writer(){
a = 1; //1
flag = true; //2
}
public void reader(){
if(flag){ //3
int i = a; //4
}
}
}假設線程A先執(zhí)行writer方法，線程B隨后執(zhí)行reader方法，初始時線程的本地內存中flag和a都是初始狀態(tài)，下圖是線程A執(zhí)行volatile寫后的狀態(tài)圖：
當volatile變量寫后，線程B中本地內存中共享變量就會置為失效的狀態(tài)，因此線程B需要從主內存中去讀取該變量的最新值。下圖就展示了線程B讀取同一個volatile變量的內存變化示意圖：
從橫向來看，線程A和線程B之間進行了一次通信，線程A在寫volatile變量時，實際上就像是給B發(fā)送了一個消息告訴線程B你現(xiàn)在的值都是舊的了，然后線程B讀這個volatile變量時就像是接收了線程A剛剛發(fā)送的消息。既然是舊的了，那線程B該怎么辦了？自然而然就只能去主內存去取啦。
volatile的內存語義實現(xiàn)為了性能優(yōu)化，JMM在不改變正確語義的前提下，會允許編譯器和處理器對指令序列進行重排序，那如果想阻止重排序要怎么辦了？ 答案是可以添加內存屏障。
四類JMM內存屏障：
Java編譯器會在生成指令系列時在適當?shù)奈恢脮迦雰却嫫琳现噶顏斫固囟愋偷奶幚砥髦嘏判?/b>。 為了實現(xiàn)volatile的內存語義，JMM會限制特定類型的編譯器和處理器重排序，JMM會針對編譯器制定volatile重排序規(guī)則表：
"NO"表示禁止重排序。 為了實現(xiàn)volatile內存語義時，編譯器在生成字節(jié)碼時，會在指令序列中插入內存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。 對于編譯器來說，發(fā)現(xiàn)一個最優(yōu)布置來最小化插入屏障的總數(shù)幾乎是不可能的，為此，JMM采取了保守策略：
在每個volatile寫操作的前面插入一個StoreStore屏障
在每個volatile寫操作的后面插入一個StoreLoad屏障
在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadLoad屏障
在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadStore屏障
需要注意的是：volatile寫操作是在前面和后面分別插入內存屏障，而volatile讀操作是在后面插入兩個內存屏障。
volatile和synchronized的區(qū)別volatile本質是告訴JVM當前變量在寄存器（工作內存）中是無效的，需要去主內存重新讀取；synchronized是鎖定當前變量，只有持有鎖的線程才可以訪問該變量，其他線程都被阻塞直到該線程的變量操作完成；
volatile僅僅能使用在變量級別；synchronized則可以使用在變量、方法和類級別；
volatile僅僅能實現(xiàn)變量修改的可見性，不能保證原子性；而synchronized則可以保證變量修改的可見性和原子性；
volatile不會造成線程的阻塞；synchronized可能會造成線程的阻塞；
volatile修飾的變量不會被編譯器優(yōu)化；synchronized修飾的變量可以被編譯器優(yōu)化。
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