volatile

一、内存模型
1、关于内存
​ CPU处理速度很快，但它数据来源于内存，cpu向内存拿数据的这个过程是相对耗时的，这就会造成cpu资源浪费，为了解决这一问题，现在的处理器一般在cpu与内存之间建立多级缓存，一级缓存在cpu里也叫寄存器（高速缓存），当他处理数据时先从寄存器拿，拿不到再去内存里取。目前计算机大部分都是多核cpu，每个cpu都有自己的寄存器，但他们共享内存，当一个cpu改变了他自己缓存里的值并同步到内存后，其他cpu缓存里的值不是最新的，跟内存值不一样，这就是缓存一致性问题。

​ Java内存模型主要目标是定义程序中变量的访问规则。这里的变量主要是指方法区和堆中的对象，因为虚拟机栈中的方法和变量是线程私有的，在多核并发的时候堆中的变量（对象）在多个线程中被使用，可能导致该变量在每个线程中的值不一样，影响到我们的业务。

​ cpu与内存的关系映射到多线程中可以看作是工作内存和主内存的关系，一个cpu处理一个线程就是一个工作内存。主内存：可以理解成堆；工作内存：是线程私有，可以理解成虚拟机栈。工作内存里是主内存中变量的副本，线程对主内存变量值的修改必须在自己的工作内存中进行，不能直接更改主内存变量。线程之间需要传递变量值也是借助主内存作为中介进行的。

​ 2、三个特性

并发编程要重点关注内存模型的三个特性：可见性、原子性、有序性

可见性：线程之间对内存模型的数据是可见的，A线程修改了内存里的值，B线程能够及时拿到最新的值。

原子性：类似于数据库事务，是一个最小的操作单元，不能再被分割了。我们代码中常见的变量赋值操作：int a=2;这就是不可再分的；而int a=b;i++这种就不是原子操作，他们要先取值再赋值。

有序性：处理器为了提高运行效率会对代码进行指令重排序，在数据没有依赖性的情况下发生指令重排序时单线程没问题，多线程情况下指令重排序就可能引起问题，一个线程里先走a还是先走b都没问题，但是另一个线程里可能就必须要走了a才能用b的值。如：a是初始化方法，b是一个初始成功的变量，在另一个线程里要用到初始化方法，就先判断b是否成功，这种情况下就会导致程序不正确了。

二、volatile

volatile是Java的一个关键字，用法很简单，直接修饰变量。被volatile修饰的变量能够保证2个特性：可见性和有序性（禁止指令重排序）。

可见性：修改了被volatile修饰的变量值后会被立即写入主内存，同时通知其他cpu里缓存的该变量值无效，让他们重新从内存中取值。保证可见性是通过缓存一致性原理实现的。

有序性：被volatile修饰后，该变量前后的代码会禁止指令重排序。它是通过内存屏障实现的，因为不会发生重排序，所以会对性能有一点影响。禁止指令重排序是通过内存屏障实现的。

​ volatile的实现原理很简单，它通过一个lock前缀指令来保证可见性。对于变量的写操作，一定会同步刷新到主内存；读操作，一定是从主内存中取最新的值。

​ volatile不能保证原子性，如果要保证原子性需要用锁（synchronized、lock）或者并发包提供的安全的原子操作类。

关于volatile的应用：

​ 平时开发我们用到的概率很小，顶多标记一个状态量是true还是false，以此来决定后续的流程走还是不走。

​ 在jdk中常见的应用有：

​ 与cas结合实现原子性。

​ 单例模式创建时的双重检查（Double Check）

public class Singleton2 {
    private Singleton2(){};
    //单例对象被volatile修饰
    private static volatile Singleton2 singleton2 = null;
    public static Singleton2 getSingleton2(){
        if(singleton2==null){
            synchronized (Singleton2.class){
                if(singleton2==null){
                    singleton2 = new Singleton2();
                }
            }
        }
        return singleton2;
    }
}