JVM之volatile：JVM提供的轻量级的同步机制

一、volatile作用：volatile通过内存屏障和缓存一致性协议实现了变量在多核心之间的一致性

保证线程的可见性：变量加了volatile关键字之后，一定会保证assign之后，会用store、write操作，将这个值刷回主存中；同时基于MESI一致性协议，其他线程会感知到这个值已经被修改，使得其他线程中的该变量失效。如果这个时候其他线程需要使用这个变量，会重新从主存中加载变量。 (1)操作use之前必须先执行read和load操作 (2)操作assign之后必须执行store和write操作：无论方法内改行代码后面还有多少代码，都是直接重新写回主内存中
保证有序性（防止指令重排序）：volatile保证有序性主要是依靠内存屏障来禁⽌指令重排序的。
不能保证原子性。如果多线程并发执行Thread1对象里面的addOne()方法，num的最终值会跟理想值有偏差，因为num++底层实际上是3条指令（（1）从主内存取值、（2）加1、（3）把计算后的值写回主内存），有可能线程在执行最后一条指令之前让出了CPU资源（线程挂起），这时候该线程无法获取到其他线程的修改值，导致值的计算有误。

class Thread1 {
    volatile int num = 0;
    public void addOne(){
        num++;
    }
}

拓展1：assign、store和write是什么？JMM规定的工作内存与主内存之间交互8种原子操作中的几种，具体有如下8种：

lock（加锁）：将主内存中的变量锁定，为一个线程所独占。
unclock（解锁）：将lock加的锁定解除，此时其它的线程可以有机会访问此变量。
read（读取）：将主内存中的变量值读到工作内存当中。
load（载入）：将read读取的值保存到工作内存中的变量副本中。
use（使用）：将值传递给线程的代码执行引擎。
assign（赋值）：将执行引擎处理返回的值重新赋值给变量副本。
store（存储）：将变量副本的值存储到主内存中。
write（写入）：将store存储的值写入到主内存的共享变量当中。

拓展2：

lock和unlock操作并不直接开放给用户使用，而是提供给像Synchronize关键字指定monitorenter和monitorexit隐式使用。关于Synchronize的监听器锁monitor，javac编译后会在作用的方法前后增加monitorenter和monitorexit指令，详细的可以查看Synchronize原理。

拓展3：缓存一致性协议MEIS：

二、指令重排序

源代码->编译器优化的重排->指令并行的重排->内存系统的重排->最终执行的指令

指令重排序是编译器和处理器为了提高程序运行效率，在不影响单线程程序执行结果的前提下，将指令重排序，尽可能地提高并行度。注意是单线程。多线程的情况下指令重排序就会给程序带来问题。

JMM中定义一个先行发生原则（happens-before），语义是如果 A happens-before B，那么A的结果对B是可见的，满足八条原则，可以保证代码执行的顺序（www.cnblogs.com/niuyourou/p…）
比喻：单例DCL（double-check-lock）模式中new一个对象的过程

/**
 * 懒汉模式：需要的时候才去加载
 * 线程安全
 */
public class SingletonC {
 private static SingletonC instance = null;
 private SingletonC() {
 }

 public static SingletonC getInstance() {
  if (instance == null) {
   synchronized (SingletonC.class) {
    if (instance == null) {
     instance = new SingletonC();
    }
   }
  }
  return instance;
 }
}

instance = new SingletonC(); 主要做了3个事情：

(1) java虚拟机为对象分配一块内存x；

(2) 在内存x上为对象进行初始化；

(3) 将内存x的地址赋值给instance变量。

因为上述步骤2和3没有强依赖性，编译器有可能会将指令重排为：

(1)java虚拟机为对象分配一块内存x；

(2)将内存x的地址赋值给instance变量；

(3)在内存x上为对象进行初始化。

三、内存屏障：它是一个CPU指令

volatile保证有序性主要是依靠内存屏障来禁⽌指令重排序的。

LoadLoad屏障：Load1；LoadLoad；Load2，确保Load1的数据装载先于Load2后所有的状态指令。Load1和Load2对应的代码，是不能指令重排的。
StoreStore屏障：Store1；StoreStore；Store2，确保Store1的数据⼀定刷回主存，对其他cpu可⻅，先于Store2以及后续指令
LoadStore屏障：Load1；LoadStore；Store2，确保Load1指令的数据装载，先于Store2以及后续指令
StoreLoad屏障：Store1；StoreLoad；Load2，确保Store1指令的数据⼀定刷回主存，对其他cpu可⻅，先于Load2以及后续指令的数据装载

对于volatile的读写操作，都会加⼊内存屏障:

每个voliate写操作之前都会加⼊StoreStore内存屏障，禁⽌前⾯的普通写和他重排，每个volatile写操作后⾯都会加⼊StoreLoad屏障，禁⽌跟后⾯的volatile读写重排。
每个voliate读操作之前都会加⼊LoadLoad内存屏障，禁⽌后⾯普通读和voliate读重排。每个volatile读操作之后都会加⼊LoadStore屏障，禁⽌后面的普通写和voliate读重排。

四、补充

并行和并发

并发：是指多线程任务在同一个CPU上快速地轮换执行，由于切换的速度非常快，给人的感觉就是这些线程是在同时执行的，但其实并发只是一种逻辑上的同时执行；
并行：是指多个程序任务在不同CPU上同时执行，是真正意义上的同时执行。

synchronized和volatile的有序性比较

synchronized的有序性：是持有锁的同步块只能串行的进入，但是内部的同步代码还是会发生重排序；
volatile的有序性：是通过插入内存屏障来保证指令按照顺序执行。

volatile基本原理