volatile关键字

Java 内存模型中的可见性、原子性和有序性。

可见性：可见性，是指线程之间的可见性，一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。
原子性：原子是世界上的最小单位，具有不可分割性。比如 a=0；（a非long和double类型） 这个操作是不可分割的，那么我们说这个操作时原子操作。再比如：a++； 这个操作实际是a = a + 1；是可分割的，所以他不是一个原子操作。非原子操作都会存在线程安全问题，需要我们使用同步技术（sychronized）来让它变成一个原子操作。
有序性：Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义，synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的，此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行执行。

volatile的工作流程

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volatile的底层原理

voliate缓存可见性实现原理：

底层实现主要是通过汇编lock前缀指令，它会锁定这块区域内的缓存（缓存行锁定）并会回写到主内存。

IA-32架构开发者对lock指令的解释：
1)会将当前处理器缓存行的数据立即写会系统主存
2）这个写回内存的操作会引起在其他cpu里缓存了该内存地址的数据无效（MES协议）

线程2将initFlag的值store到主内存时要通过总线，cpu总线嗅探机制监听到initFlag值被修改，线程1的initFlag失效，线程1需要重新read initFlag的值。

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volatile为什么不能保证原子性?

例如你让一个volatile的integer自增（i++），其实要分成3步：
1）读取volatile变量值到local；
2）增加变量的值；
3）把local的值写回，让其它的线程可见。这3步的jvm指令为：

mov    0xc(%r10),%r8d ; Load
inc    %r8d           ; Increment
mov    %r8d,0xc(%r10) ; Store
lock addl $0x0,(%rsp) ; StoreLoad Barrier

从Load到store到内存屏障，一共4步，其中最后一步jvm让这个最新的变量的值在所有线程可见，也就是最后一步让所有的CPU内核都获得了最新的值，但中间的几步（从Load到Store）是不安全的，中间如果其他的CPU修改了值将会丢失

volatile如何实现禁止指令重排/有序性?

为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入“内存屏障”来禁止特定类型的处理器重排序。然而，对于编译器来说，发现一个最优布置来最小化插入屏障的总数几乎不可能，为此，Java内存模型采取保守策略：
在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

内存屏障是什么东西呢？

内存屏障，又称内存栅栏，是一个 CPU 指令。
在程序运行时，为了提高执行性能，编译器和处理器会对指令进行重排序，JMM 为了保证在不同的编译器和 CPU 上有相同的结果，通过插入特定类型的内存屏障来禁止+ 特定类型的编译器重排序和处理器重排序，插入一条内存屏障会告诉编译器和 CPU：不管什么指令都不能和这条 Memory Barrier 指令重排序。

volatile的应用场景

1）定期 “发布” 观察结果供程序内部使用。【例如】假设有一种环境传感器能够感觉环境温度。一个后台线程可能会每隔几秒读取一次该传感器，并更新包含当前文档的 volatile 变量。然后，其他线程可以读取这个变量，从而随时能够看到最新的温度值。

2）volatile 变量的规范使用仅仅是使用一个布尔状态标志，用于指示发生了一个重要的一次性事件，例如完成初始化或请求停机。

3）如果读操作远远超过写操作，您可以结合使用内部锁和 volatile 变量来减少公共代码路径的开销。

如下显示的线程安全的计数器，使用 synchronized 确保增量操作是原子的，并使用 volatile 保证当前结果的可见性。如果更新不频繁的话，该方法可实现更好的性能，因为读路径的开销仅仅涉及 volatile 读操作，这通常要优于一个无竞争的锁获取的开销。

1.  @ThreadSafe  
2.  public class CheesyCounter {  
3.  // Employs the cheap read-write lock trick  
4.  // All mutative operations MUST be done with the 'this' lock held  
5.  @GuardedBy("this") private volatile int value;  

7.  //读操作，没有synchronized，提高性能  
8.  public int getValue() {   
9.  return value;   
10.  }   

12.  //写操作，必须synchronized。因为x++不是原子操作  
13.  public synchronized int increment() {  
14.  return value++;  
15.  }