volatile

volatile 关键字 除了防止 JVM 的指令重排 ，还有一个重要的作用就是保证变量的可见性。

volatile作用是在并发编程中保证共享变量的可见性，同时防止这个JVM指令重排。每个线程在运行过程中都有自己的工作内存。因为JMM模型主要是是线程各自的工作内存和主内存。线程运行的时候会将主内存的变量读到工作内存，修改完毕后再写入主存。

volatile关键字修饰的变量值一经修改会立即写入主存，假设有AB两个线程，并且B线程操作volatile修饰的变量的时候，会导致A线程工作内存中的缓存volatile变量无效，A线程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，从而保证他的可见性。其中涉及到CPU总线嗅探机制和缓存一致性协议。工作内存和主存之间有一个总线，总线相当于工作内存和主存数据传输的主干道，当其中一个工作内存中的值被修改了并且写回内存以后，其他处理器会被通知，使得各自的缓存失效，线程就必须从主存中去读取最新的数据。

volatile第二个呢就是防止JVM指令重排，因为对程序的优化，JVM和CPU会对指令进行重新排序，但不会影响最后的结算结果，如果指令中有对volatile变量进行操作的指令，那么这条指令相当于一个内存屏障，在它之前的指令和在他之后的指令不允许交换位置，保证到达这条指令前，在他之前的指令已经全部完成。

那么线程A在运行的时候，会将变量的值拷贝一份放在自己的工作内存当中。

那么当线程B更改了变量的值之后，但是还没来得及写入主存当中，线程B转去做其他事情了，那么线程A由于不知道线程B对变量的更改，因此还会一直循环下去。

volatile的实现原理

处理器为了提高处理速度，不直接和内存进行通讯，而是将系统内部的数据读到内部缓存后在进行操作，但操作完之后不知道什么时候会写入内存。

如果对声明了volatile变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写会到系统内存。 这一步确保了如果有其他线程对声明了volatile变量进行修改，则立即更新主内存中数据。

但这时候其他处理器的缓存还是旧的，所以在多处理器环境下，为了保证各个处理器缓存一致，每个处理会通过嗅探在总线上传播的数据来检查 自己的缓存是否过期，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改了，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，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把数据读到处理器缓存里。 这一步确保了其他线程获得的声明了volatile变量都是从主内存中获取最新的。

Lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），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的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成。

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指令重排

Q：为什么产生指令重排？

因为在确保程序执行结果不会变化的情况下，CUP会将指令重排，以此来提高执行效率，但是在多线程的情况下，指令重排可能会导致并发问题，导致线程之间的共享变量值紊乱，从而影响结果。

编译期不进行指令重排。

经典的例子：DCL（懒汉式双重锁检验）+volatile

public class LazyMan {
    //双重检测锁 才能高并发下安全 懒汉式单例 DCL
    private static volatile LazyMan lazyMan;
    private LazyMan(){}

    public LazyMan getInstance(){
        if (lazyMan == null){
            synchronized (lazyMan) {
                if (lazyMan==null) {
                    return lazyMan = new LazyMan();
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }

}

内存屏障

happens-before

如果对声明了volatile变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写会到系统内存。

Lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），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的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成。

Java内存模型 (JMM)

工作内存可以抽象地理解成 ：虚拟机栈
主内存 = 堆+ 方法区

总线嗅探机制+缓存一致性协议

注意！缓存一致性协议并不是因为变量被volatile修饰而触发的。因为CUP本身存在这样的协议! 刚接触MESI协议时容易产生误解，以为是volatile关键字触发MESI机制来保证变量的可见性，实际没有这一层因果关系。

MESI保障了多核场景的缓存一致性，是一套固有机制，无论是否声明volatile，只要变量在CPU缓存中就能通过这个协议保障可见性。但反过来，如果没有MESI协议，即使声明了volatile也无法保证变量的可见性；