volatile关键字
- 用来修饰可在不同线程访问和修改的变量
- 无法修饰方法、代码块、方法参数、局部变量、常量
CPU高速缓存
- 程序运行时数据是存储在内存中的，而程序的执行工作由CPU来完成
- CPU的发展是遵循摩尔定律的（即价格不变，集成电路可容纳元器件数目每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍），因此CPU的性能会越来越好。若每次都先去内存读取数据，程序执行效率并不会提升，因此厂商为解决这一问题，引入了CPU高速缓存功能
- 即在CPU中缓存一份内存数据，频繁获取时无需去内存获取，大大提高CPU效率。当需修改数据时可先修改CPU缓存中数据，等运算结束后再回写至内存中。这就会引入新的问题
- 当前设备大都是多核CPU（即CPU存在多个运算单元），在单线程场景中使用CPU高速缓存无任何问题，但程序大都需要在多线程场景中运行，所以就引入了可见性问题（即线程B中修改变量a,对线程A不会立即可见）
可见性
volatile保证了不同线程对共享变量操作时的可见性，即一个线程修改，其他线程立即可见
- 未使用volatile修饰
- 在线程2中修改线程1终止条件，线程1不会立即可见（即终止线程1），而会读取其在CPU缓存的原值
- 使用volatile修饰变量
- 指示JVM，该共享变量不稳定，每次使用直接读取主存中值
原理
- 生成底层汇编指令时，会对volatile修饰共享变量增加Lock前缀指令，Lock前缀指令会锁定当前内存区域（缓存行）并将当前缓存行数据立即回写至主内存
- CPU缓存回写到内存时会通过MESI协议（Modified，Exclusive，Shared，Invalid高速缓存一致性协议）向其他CPU广播一条消息使其他缓存了该变量的地址失效，使用时需重新到内存中获取
MESI协议
- Modified：缓存行已被修改，还未写入主内存，此时只能有一个CPU独占该修改状态
- Exclusive：缓存行与主内存一致，且为主内存唯一拷贝，此时只能有一个CPU独占该状态
- Shared：此高速缓存行可能存储在计算机的其他高速缓存中，且与主内存一致，此时各CPU均可对该数据读取但不能写入
- Invalid：缓存行失效，不能使用
有序性
程序执行的顺序要按照代码的先后顺序
- 系统为充分利用缓存，提高程序执行速度，编译器在底层执行时会进行指令重排序操作，引入"有序性"问题
- volatile通过禁止编译器、CPU指令重排序和部分happens-before规则，解决有序性问题
原理
- 内存屏障（内存栅栏，是一个CPU指令）
声明为volatile后，变量进行读写操作时，会通过插入特定的"内存屏障"方式禁用指令重排序
写内存屏障
- volatile变量在进行写操作时，会在变量的前后插入StoreStore屏障，确保本次写操作前所有普通写操作均已完成；接着在写操作后插入StoreLoad屏障，强制所有后来读写操作在本次操作后进行，既保证了其他线程对变量立即可见
读内存屏障
- volatile变量在进行读操作时，会在读操作前插入LoadLoad屏障，确保本次读操作前所有读操作均已完成；接着在读操作后插入LoadStore屏障，防止本次读操作后的写操作被重排序到读之前，即保证了读取时总是最新的写入值
StoreStore：禁止之前的普通写和之后的volatile写重排序
StoreLoad:禁止之前的volatile写和之后的volatile读/写重排序
LoadLoad：禁止之后所有的普通读操作和之前的volatile读重排序
LoadStore：禁止之后所有普通写操作和之前volatile读重排序
原子性
对volatile变量单次读/写操作可以保证原子性，如double和long类型变量，但不能保证i++这种操作的原子性，i++本质上是读、写两次操作
