深入理解volatile关键字的作用(一)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

(一)计算机内存模型

大家都知道在计算机执行程序的时候每条指令都是在cpu中执行的，那么执行指令的同时势必会有读取和写入的操作，那么这样就引申出了一个问题。那么在程序运行时数据的存储是在计算机中的主存中（物理内存）的而内存的读取和写入的速度与cpu的执行指令速度相比差距是很大的，这样就造成了与内存交互时程序执行效率大大降低，因此在cpu中就有了高速缓存。

也就说计算机cpu在执行指令时将主存中的数据复制到高速缓存中，将结果运算完毕后在将运算结果刷新到主存中。废话不多说看图说话

计算机cpu与主存交互

那么大家也看到了计算机cpu会将运算数据复制到高速缓存中。但是这样如果在单线程是没有问题的（单核多线程也是有问题的）本次只是针对多核多线程讨论so 不废话举个栗子

i=i+1;

当同时有两个线程执行这段代码其实我们想得到的结果是2但是呢计算机cpu可不会按照你想的来，其实它会这样执行,假设我们现在有AB两个线程，同时读取了这段代码(假设i变量初始值为0)，同时将变量复制到了高速缓存，A线程将数据执行完毕后将变量刷新到主存中i=1，而B线程也同时执行完毕将变量也刷新到主存中i=1，但是AB变量在运算时读取的都是高速缓存的，AB线程的高速缓存是互相不知道其中的值的，那么这样就引申出了缓存一致性问题。

为了解决缓存一致性问题有两种解决办法：

（1）通过总线加LOCK锁的方式

（2）通过缓存一致协议

早期的cpu中是通过在总线加锁来解决缓存不一致的，因为计算机cpu通信是通过总线来执行的，如果在总线上面加锁的话就阻塞来其他cpu对该变量的访问，如上面的代码在程序执行时总线发出lock指令，那么只有在这段代码执行完毕后其他cpu才能读取变量执行相应的指令，这样就解决了缓存一致性问题。

但是上面的方式会有一个问题，由于在锁住总线期间，其他CPU无法访问内存，导致效率低下。

所以就出现了缓存一致性协议。最出名的就是Intel 的MESI协议，MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。