volatile内存语义

volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制。volatile关键字有如下两个作用

1. 保证被volatile修饰的共享变量对所有线程总数可见的，也就是当一个线程修改 了一个被volatile修饰共享变量的值，新值总是可以被其他线程立即得知。
2. 禁止指令重排序优化。

   volatile的可见性

   被volatile修饰的变量对所有线程总数立即可见的，对volatile变量的所有写操作总是能立刻反应到其他线程中

   volatile无法保证原子性

   //示例 public class VolatileVisibility { public static volatile int i =0; public static void increase(){ i++; } }

在并发场景下，i变量的任何改变都会立马反应到其他线程中，但是如此存在多条线程 同时调用increase()方法的话，就会出现线程安全问题，毕竟i++;操作并不具备原子性，该操作是先读取值，然后写回一个新值，相当于原来的值加上1，分两步完成，如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取i的域值，那么第二个线程就会与第一个线程 一起看到同一个值，并执行相同值的加1操作，这也就造成了线程安全失败，因此对于 increase方法必须使用synchronized修饰，以便保证线程安全，需要注意的是一旦使用 synchronized修饰方法后，由于synchronized本身也具备与volatile相同的特性，即可见性，因此在这样种情况下就完全可以省去volatile修饰变量。

volatile禁止重排优化

volatile关键字另一个作用就是禁止指令重排优化，从而避免多线程环境下程序出现乱序执行的现象，volatile禁止指令重排优化是通过内存屏障(Memory Barrier）。

内存屏障

 内存屏障，又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个，一是保证特定操作的执行顺序，二是保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）。**由于编译器和处理器都能执行指令重排优化。**如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说通过插入内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化。Memory Barrier的另外一个作用是强制刷出各种CPU的缓存数据，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。 总之，volatile变量正是通过内存屏障实现其在内存中的语义，即可见性和禁止重排优化。

1. lfence，是一种Load Barrier 读屏障
2. sfence, 是一种Store Barrier 写屏障
3. mfence, 是一种全能型的屏障，具备ifence和sfence的能力
4. Lock前缀，Lock不是一种内存屏障，但是它能完成类似内存屏障的功能。

MESI缓存一致性协议