volatile的内存语义

前言

之前的文章对volatile进行了简单的介绍。volatile可以保证变量对所有线程可见，他是通过lock指令实现的。而lock指令在操作系统具体什么作用，之前介绍过，这里不再说了。今天我们将会更加深入的介绍volatile。

volatile的特性

可见性：对于一个volatile变量的读，总是能看到对这个volatile 的变量的最后的写入。（为什么之前说过了，这里不说了）
原子性：对于单个volatile变量的读写具有原子性，但是volatile++这种复合操作不具有原子性。（这个之前说过）

volatile读写建立的happens-before关系

volatile的读写和锁的释放和获取有相同的内存效果。


原本在没有voaltile的情况下，是不能保证1在34之前的，但是因为有了volatile，所以可以保证1在34之前，感觉是不是和锁的感觉有点类似呢。而为什么1在34之前呢。首先根据程序次序规则，1happens-before2，3happens-before4，由因为2happens-before3，所以根据传递性，是不是可以得出1happens-before3，4.
所以我们可以得出，线程A在写这个volatile变量之前所有可见的共享变量值都将立即变得对线程b可见。
1.线程A写一个volatile变量，实质上是线程A向接下来将要读这个volatile变量的某个线程发出了其对共享变量修改的消息。
2.线程b读一个volatile变量，实质上是线程b接收了之前某个线程发出的在写这个volatile变量之前对共享变量所作的修改消息。
3.线程a写一个volatile变量，随后线程b读这个volatile变量，这个过程实质上就是线程a通过主存向线程b发送消息。（不知道大家还知不知道，并发编程的问题就是，怎么解决线程通信，而解决方案有两种：1.共享内存 2.消息传递。共享内存其实就是通过修改共享内存的公共变量达到隐式传递消息。）

volatile内存语义实现

大家不知道是否还记得，jmm只是向as-if-else靠拢，但是并不是安全按照那个语义来的。也就是单线程也会重排序。那么上面的1怎么happens-before2呢。这就是volatile的另一个特点，会禁止部分的指令重排序。

从上面这个图大家可以看出，当第一个操作时volatile读的时候，之后的操作都不允许重排序，当第二个操作是volatile写的时候，之前的操作，都不允许重排序。当第一个操作时volatile写第二个操作时volatile读的时候，操作不允许重排序。
jmm实现指令禁止重排序，是使用内存屏障，所以volatile也是使用的内存屏障（之间介绍过内存屏障）。
1.volatile写之前插入一个storestore屏障
2.volatile写之后插入一个storeload屏障
3.volatile读之后插入一个loadload屏障
4.volatile读之后插入一个loadstore屏障

volatile写之后插入一个storeload屏障（不同这个为嘛只能防止volatile读/写重排序，而且storeload还是最全能的屏障，具有其他三个屏障的特性）。
volatile的写的消耗会比读大很多，因为写用到了storeload屏障，而这个屏障是四个屏障中性能消耗最大的一个。
volatile禁止重排序的功能，是在jsr-133之后才有的，之前的旧的内存模型没有这个语义。

总结

之前的文章介绍了，volatile的可见性，以及实现。今天主要介绍的是在可见性的基础上，又添加了一些禁止重排序的特性，当前是在一定条件下。这样，volatile如果使用的好，在一些场景下可以替代锁使用。而它的性能消耗可比锁低多了。