深入理解volatile底层原理

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volatile 是轻量级的 synchronized，一般作用于变量。相比于synchronized关键字，volatile关键字的执行成本更低，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。

volatile主要有以下两个功能：

• 保证共享变量的内存可见性（即当一个线程修改一个共享变量时，另一个线程能读到这个修改的值）。
• 禁止指令重排序

volatile 的用途：

从volatile的内存语义上来看，volatile可以保证内存可见性且禁止重排序。

在保证内存可见性这一点上，volatile有着与锁相同的内存语义，所以可以作为一个“轻量级”的锁来使用。但由于volatile仅仅保证对单个volatile变量的读/写具有原子性，而锁可以保证整个临界区代码的执行具有原子性。所以在功能上，锁比volatile更强大；在性能上，volatile更有优势。

volatile的特性

volatile可以保证可见性和有序性。

• 可见性：volatile可以保证不同线程对共享变量进行操作时的可见性。即当一个线程修改了共享变量时，另一个线程可以读取到共享变量被修改后的值。

• 有序性：volatile会通过禁止指令重排序进而保证有序性。

• 原子性：对于单个的volatile修饰的变量的读/写是可以保证原子性的，但对于v++这种复合操作并不能保证原子性。所以说volatile不具备原子性。

  为什么说 volatile 不保证原子性？

  Java中只有对基本类型变量的赋值和读取是原子操作，如 i = 1的赋值操作，但是像 j = i 或者 i++ 这样的操作都不是原子操作，因为他们都进行了多次原子操作，比如先读取 i 的值，再将 i 的值赋值给 j，两个原子操作加起来就不是原子操作了。

  比如 i++ ，i = i + 1 分为三个操作

  • 读取 i 的值
  • 自增 i 的值
  • 把 i 的值写回内存

  这个过程中可能线程A读取了 i 的值，然后线程切换，即使是被volatile修饰，主存中变量的值也还没变化，所以另一个线程B也读取了 i 未被修改的值，之后线程切换回A，进行 + 1 操作，写回内存；而线程B写回内存会把线程A修改的值覆盖。

  所以即便是volatile具有可见性，也不能保证对它修饰的变量具有原子性。

  可以通过 synchronized和Lock实现原子性。因为synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程访问该代码块。

volatile实现内存可见性原理

volatile可以保证内存可见性的关键是volatile的读/写实现了缓存一致性。

缓存一致性协议 MESI 的主要内容为：

多个CPU从主内存读取同一个数据到各自的高速缓存，当其中某个CPU修改了缓存里的数据，该数据会马上同步会主内存，其他CPU通过总线嗅探机制可以感知到数据的变化从而将自己缓存里