Volatile原理解析

• 原子性：一个操作或者多个操作，要么都被执行且不能被中断打断，要么都不执行；

  Java的原子性操作有以下三种：

  a. 基本类型的读取和赋值操作，且赋值必须是数字赋值给变量，变量之间的相互赋值不是原子性操作。

  b.所有引用reference的赋值操作

  c.java.concurrent.Atomic.* 包中所有类的一切操作

• 可见性：当多线程访问同一个变量时，一个线程改变该变量，其他的线程也能立即看到修改的值；

• 重排序：为了提高指令的运行性能，在编译时或者运行时对指令的执行顺序进行了调整，重排序又分为编译时重排序和运行时重排序。编译时重排序是指编译源代码的时候就对代码执行顺序进行分析，在遵循as-if-serial的原则前提下对源码的执行顺序进行调整，as-if-serial原则是指在单线程环境下，无论怎么重排序，代码的执行结果都是确定的。运行时重排序是指为了提高运行的速度，系统对执行的顺序进行调整。 

   一个线程修改共享变量的之后，另外一个线程真的能够马上拿到变量的最新值吗？我们来做一个测试：

	public class VolatileTest_1  {
	    private  static  boolean  flag=false;
	    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	    Thread  thread_1=new Thread(new Runnable() {
	    @Override
	    public void run() {
	        while (true) {
	            if (flag) {
	             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+flag);
	            }
	        }
	    }
	    });
	    Thread thread_2=new Thread(new Runnable() {
	 
	 
	    @Override
	    public void run() {
	        flag=true;
	        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+flag);
	        }
	    });
	    thread_1.start();
	    Thread.sleep(1000);
	    thread_2.start();
	}
}

 运行结果：

可以看到线程0一直在循环,那么线程0并没有到线程1更新的flag值。

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那么是什么原因导致了内存不可见了呢？

1. cache缓存：因为cpu的速度远远高于主内存的速度，为减少资源的浪费，在cup上又设置了多级的cache，而线程运行的时候会先将数据拷贝到线程内部的cache里面，也就是工作内存(working memery),那么多个线程访问同一个变量是就变成每个线程访问自己的cache，变相导致了内存的不可见。

  2.重排序：除了cache的原因就是，执行顺序的重排序，导致线程A线程读取某个变量的时候，线程B还没将该变量的最新值写会主内存。

解决缓存一致性的操作有两种

• 总线加锁：是一种独占式的方式，只能当前的cpu使用，其他的cpu进入阻塞的状态，效率低下；
• 缓存一致性协议(MESI)：确保缓存中使用的共享变量都是一致的

volatile的原理：有volatile修饰的共享变量进行写操作的候会多出Lock前缀的指令，该指令在多核处理器下会引发两件事情。

1. 将当前处理器缓存行数据刷写到系统主内存。
2. 这个刷写回主内存的操作会使其他CPU缓存的该共享变量内存地址的数据无效。

Volatile的使用场景：状态标记、double check

状态标记的应用场景：比如上面举的例子，用volatile修饰flag变量便能解决主存不可见的问题

Double checked:双重检查的单例模式

public class SingleTon_01 {
    private static  volatile   SingleTon_01  singleTon_01;
    private SingleTon_01(){}
    public static SingleTon_01 getSingleTon_01() {
        if (singleTon_01==null) {
            synchronized (SingleTon_01.class) {
                if (singleTon_01==null) {//避免其他的线程已对singleTon_01进行了赋值  
                    singleTon_01=new SingleTon_01();
                }
            }
        }
    return singleTon_01;
    }
}