深入java多线程，深入理解volatile使用与原理

1、认识volatile

volatile是用来修饰变量的。与synchronized不同，synchronized是用来修饰方法和代码块。volatile称之为轻量级锁，被volatile修改的变量在各个线程之间是可见的，保持线程之间的可见性，可见性是指多个线程共享同一个变量，当一个线程修改了这个变量，另外的线程能感知到这个变量的变化并进行读取。

 

2、volatile实现原理

 

计算机内存与cpu结构

在计算机系统中，CPU高速缓存（CPU Cache）是用于减少处理器访问内存所需平均时间的部件。在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于CPU寄存器。其容量远小于内存，但速度却可以接近处理器的频率。cpu每个核心都有对应的高速缓存，而且是相对隔离的。线程都是运行在cpu核上，所以每个线程运行也是完全隔离开来的，线程只与cpu缓存、内存关联，从中拿取运行所需数据。

运行java程序时，代码存放于硬盘上，经过编译，成为class字节码文件，再把字节码文件加载到内存当中，计算机cpu处理器运行时从内存加载运行数据，如需缓存，则缓存至cpu高速缓存中。

当系统运行时，CPU执行计算的过程如下：

1. 程序以及数据被加载到主内存
2. 指令和数据被加载到CPU缓存
3. CPU执行指令，把结果写到cpu高速缓存
4. cpu高速缓存中的数据写回主内存

那么，上述就会出现个缓存一致性的问题：

多线程与多核cpu模拟图

如上图，两个线程t1和t2同时并发运行在不同核心上，开始都读取到a的值为3，此时在线程t2中修改了a的值为5，而在不同核心的线程t1缓存中a的值还是为3，就出现了缓存不一致的问题。

使用volatile修饰变量，就可以解决上述缓存不一致问题，使用volatile修饰后，会发生lock指令（汇编语言），进行资源锁定和更新操作。

当两条线程t1与t2同时操作内存中的一个volatile变量a时：

1. 线程t2修改变量a的值后，t2会发出一条lock指令，这条lock指令至关重要；
2. 发出的lock指令会将当前处理器缓存行的最新数据a的值写回到内存当中，同时让其他处理器缓存中对应变量a的缓存行内容失效；
3. 线程t1在使用自己缓存中的变量a时，发现a已失效，重新从内存中读取a的值，此时读取到的为最新的值；