volatile关键字解析

一、内存模型的相关概念

计算机在执行程序时，指令的执行都是在CPU中。在执行指令的过程中，会将临时变量存储在主存（物理内存）中。 CPU执行指令很快，而从内存中读取和写入数据却相对来说很慢，所以就有了高速缓存。 在程序运行时，先将数据从主存复制一份到高速缓存中，然后CPU执行指令时，就可以直接从高速缓存中读取和写入数据，然后刷新到内存中。

这里就产生了一个问题。 比如i是一个共享变量，初始值为0

i = i+1;

在单线程中，CPU执行指令时，先从高速缓存中取出数据，然后进行加1操作，再写入高速缓存中，然后刷新到主存中。 但是多线程中，每一个线程都有自己的工作缓存，线程A，B从高速缓存中读取到数据i的值都为0，在进行加1操作后，写入自己的工作缓存中，再刷新到内存中。 进行两次加法操作，值却为1。

这就是缓存不一致问题。

解决缓存不一致有两个解决方法。

1.在总线加入LOCK#锁

2.使用缓存一致性协议

总线加入锁来阻塞其他线程访问时，会导致线程阻塞，使效率低下。

缓存一致性协议的核心思想是：当线程对一个共享变量进行写操作时，会发出通知，让其他的线程该变量的缓存行置为无效，其他线程操作该变量时，会重新从内存中读取数据。

二、JAVA内存模型

Java内存模型规定所有的变量都存在主存中，每个线程都有自己的工作内存（高速缓存），线程的所有操作都只能操作工作内存，不能操作主存，也不能操作其他线程的工作内存。

三、并发编程中的三个概念

1.原子性

一个操作或多个操作，全部执行不会被其他操作打断。 原子性只针对读取和写入指令。 比如

i = i + 1;

这个代码是没有原子性的，先从高速缓存中取出i的数据，然后进行加1操作，最后写入高速缓存，再刷新到内存中。

如果要保证这个操作的原子性，就可以通过synchronized和lock来实现。

2.可见性

多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了变量的值，其他线程能立即看到修改的值。

Java提供了volatile来保证有效性。

当一个共享变量被volatile修饰时，它保证当线程修改它的值时立即被更新到主存中，其他线程读取时，从主存中读取值。

3.有序性

程序执行顺序按照代码的先后顺序执行。

处理器为了提高程序运行效率，可能会对代码执行顺序进行优化。这里可能会发生指令重排序。

比如两个赋值语句

context = init()
boolean flag = true;

处理器在执行时，可能先执行flag = true，再执行初始化。

多线程执行时，如果后面有根据flag为真，对初始化内容的操作。线程1先执行flag=true，还未初始化内容，线程2根据flag为真执行了对内容的操作，就会导致异常。

while(!flag){
    sleep()
}
dosomething(context);

可以用synchronized和look保证每个时刻只有一个线程访问代码块，相当于顺序执行代码。

四、深入剖析volatile关键字

1. 保证不同线程对这个变量具有可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这个新值对其他线程是立即可见的。
2. 被volatile修饰的变量禁止指令重排序

多个线程对一个volatile修饰的值进行操作时，可能会导致原子性不一致的问题。 因为volatile只保证了可见性和有序性。

对于自增代码

i++;

由于该操作不是原子性，所以可能存在一个线程从内存中取出值，之后另一个线程对该数据取值操作写入内存。因为可见性是指读操作，之前线程的值已经取出来了，不会变，之后操作得到的值就是1，而不是2。

解决方法是该自增代码加Lock或synchronized