volatile 关键字

一旦一个共享变量（包括类的成员变量、类的静态成员变量）被 volatile 修饰之后，那么该变量就 具备了两层含义：

1. 保证了不同线程对这个变量进行读取时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这个新值对 其他线程是立即可见的。

volatile 解决了线程间共享变量的可见性问题。

第一，使用 volatile 关键会强制将修改的值立即写入主存。

第二，使用 volatile 关键字修饰的变量，当线程 2 进行修改时，会导致线程 1 的工作内存缓存变量 的缓存变量的缓存行无效（反映到硬件层的话，就是 CPU 的 L1 或者 L2 缓存中对应的缓存行无效）。

第三，由于线程 1 的工作内存中缓存变量的缓存行无效，所以线程 1 再次读取变量的值会去主存中读取。

那么，在线程 2 修改变量的值时（此处的修改包括两个操作，修改线程 2 工作内存中的值，然后将修改后的值 写入内存），会使得线程 1 的工作内存中缓存变量的缓存行无效，然后线程 1 读取时，发现自己的缓存行无效， 它会等待缓存行对应的主存地址被更新之后，然后去对应的主存读取最新的值。因此，线程 1 读取到的就是最新 的正确的（期望的）值。

2. 禁止进行指令重排序，阻止编译器对代码的优化。

volatile 关键字禁止指令重排序有两层意思：

(1) 当程序执行到 volatile 变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行， 且结果已经对后面的操作可见，在其后面的操作肯定还没有进行。

(2) 在进行指令优化时，不能把 volatile 变量前面的语句放在其后面执行，也不能把 volatile 变量 后面的语句放到其前面执行。

为了实现 volatile 的内存语义，加入 volatile 关键字时，编译器在生成字节码时，会在指令序列中 插入内存屏障，会多出一个 lock 前缀指令。 内存屏障是一组处理器指令，它可以解决禁止指令重排序和内存可见性的问题。 编译器和 CPU 可以在保证输出结果一样的情况下对指令重排序，使性能得到优化。 处理器在进行重排序时，会考虑指令至今啊的数据依赖性。

内存屏障，有两个作用：

(1) 先于这个内存屏障的指令必须先执行，后于这个内存屏障的指令必须后执行。

(2) 使得内存可见性。 所以，如果字段被 volatile 修饰，在读指令前插入读屏障，可以让高速缓存中的数据失效，重新 从主内存加载数据。在写指令之后插入写屏障，能让写入缓存的最新数据写回到主内存。

Lock 前缀指令在多核处理器下会引发两件事情：

(1) 将当前处理器中这个变量所在缓存行的数据会写回到系统内存。 这个写会内存的操作会引起其它 CPU 中缓存的该内存地址的数据无效。但是就算写回到内存， 如果其它处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题，所以在多处理器下，为了保证 各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据 来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将 当前处理器的缓存行设置为无效状态，当处理器要对这个数据进行修改操作时，会强制重新从系统内存中 把数据读到处理器缓存中。

(2) 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到 内存屏障后面，即在执行到内存屏障这条指令时，在它前面的操作已经全部完成。

内存屏障可以被分为以下几种类型：

LoadLoad 屏障 对于如下形式的语句，在 Load2 及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证 Load1 要读取的数据被读取完毕。

Load1;
LoadLoad;
Load2;

StoreStore 屏障 对于如下形式的语句，在 Store2 及后续写入操作之前，保证 Store1 的写入操作对其它处理器可见。

Store1;
StoreStore;
Store2;

LoadStore 屏障 对于如下形式的语句，在 Store2 及后续写操作被刷出前，保证 Load1 要读取的数据被读取完毕。

Load1;
LoadStore;
Store2;

StoreLoad 屏障 对于如下形式的语句，在 Load2 及后续写入操作被刷出前，保证 Load1 要读取的数据被读取完毕。 它的开销是四种屏障中最大的。在大多数处理器的实现中，这个屏障是万能屏障，兼具其它三种内存屏障 的功能。

Store1;
StoreLoad;
Load2;