一、认识 volatile 关键字

当一个线程读取，一个线程写入的情况下，就会存在数据的不一致性，

二、CPU 与 JMM

1、CPU Cache 模型

每一个 CPU 在修改内存数据的步骤如下：

1. 从内存中把数据加载到 Cache 中
2. 从 Cache 中读取数据加载到寄存器中
3. 在寄存器中更新数据
4. 把更新结果写入 Cache
5. 把更新结果写入到内存中

程序的局部执行原理

解决办法

• 总线（BUS）加锁：封装的粒度太大，效率比较低
• MESI 协议：
  • 读操作，不做任何事情，把 Cache 中的数据读到寄存器
  • 写操作，发出信号，通知其他的 CPU 将变量的 Cache line 置为无效状态，其他的 CPU 要访问这个变量的时候，只能从内存中获取

2、JMM 内存模型

• 主内存中的数据是所有线程都可以访问的
• 每个线程都有自己的工作空间
• 工作空间中的数据：局部变量、主内存的副本
• 线程不能直接修改内存中的数据，只能读到工作空间来进行修改，修改完成后，刷新到主内存

三、volatile 语义分析

当变量使用 volatile 关键字修饰时，当某一个线程修改这个变量时，会发出 JMM 控制信号（相当于设置了 Cache line 无效），那么其他线程要读取整个变量的时候，就只能从主内存中读取，那么问题来了，volitail 也不能保证数据的一致性（原子性）。

1、保证可见性

• volatile 作用：让其他线程能够马上感知到某一线程对某个变量的修改
• 不能保证原子性

2、保证有序性

在编译和指令优化阶段，在输入的代码顺序并不一定是程序实际执行的顺序，这就叫做指令重排（为了提高 CPU的吞吐量）。指令重排必须保证结果不发生变化

• 单线程的情况下，指令重排后没有影响（as-if-serial）
• 多线程的情况下，可能造成影响

当使用 volatile 关键字的时候，可以保证指令按照程序的顺序执行，volatile 的规则如下：

• volatile 之前的代码不允许调整到它的后面
• volatile 之后的代码不允许调整到它的前面

四、volatile 实现原理和机制

volatile 的实现其实就是锁的原理（轻量级锁）

volatile int a;  ==> LOCK: a

五、volatile 与 synchronized 的区别

• 使用上的区别：volatile 只能修饰变量，synchronized 可以修饰方法和代码块
• 对原子性的保证：volatile 不能保证原子性，synchronized 可以保证原子性
• 对可见性的保证：都可以保证可见性，但实现原理不同，volatile 使用 LOCK 来实现，synchronized 使用的是 monitor 来实现（monitorenter 和 monitorexit）
• 对有序性的保证：volatile 能保证有序性，synchronized 也可以保证有序性，但是代价太大（重量级锁会退化到串行）
• 其他：volatile **不会引起线程阻塞，synchronized 会引起线程阻塞**

六、volatile 的使用场景

• 状态（开关）模式
• 双重检查锁定 DCL（Double-Checked-Locking）：如单例模式的应用 volatile + synchronized
• 需要利用顺序性

七、volatile 重排序规则

结论：
1、第二个操作是 volatile 写，不管第一个操作是什么，都不会重排序
2、第一个操作是 volatile 读，不管第二个操作是什么，都不会重排序
3、第一个操作是 volatile 写，第二个操作时 volatile 的话，也不会发生重排序

X86 处理器不会对 读-读，读-写，写-写 操作做重排序，会省略掉这三类操作的内存屏障，仅会对写-读做重排序，所以 volatile 写-读操作只需要在 volatile 后面加一个 StoreLoad 屏障

JVM 内存屏障插入策略
1、在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StroeStroe 屏障
2、在每个 volatile 写操作的后面插入一个 StroeLoad 屏障
3、在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障
4、在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障