多线程（三）Volatile
并发编程中的三个概念
- 原子性：即一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
- 可见性：可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
- 有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
内存模型JMM以及共享变量的可见性
JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：共享变量存储在主内存(Main Memory)中，每个线程都有一个私有的本地内存（Local Memory），本地内存保存了被该线程使用到的主内存的副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。
对于普通的共享变量来讲，线程A将其修改为某个值发生在线程A的本地内存中，此时还未同步到主内存中去；而线程B已经缓存了该变量的旧值，所以就导致了共享变量值的不一致。解决这种共享变量在多线程模型中的不可见性问题，较粗暴的方式自然就是加锁，但是此处使用synchronized或者Lock这些方式太重量级了，比较合理的方式其实就是volatile。
volatile特性
1.保证可见性，不保证原子性
- 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值立即刷新到主内存中；
- 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存设置为无效，直接从主内存中读取共享变量。
2.保证有序性，禁止指令重排
重排序是指编译器和处理器为了优化程序性能而对指令序列进行排序的一种手段。重排序在单线程下一定能保证结果的正确性，但是在多线程环境下，可能发生重排序，影响结果。重排序需要遵守一定规则：
（1）重排序操作不会对存在数据依赖关系的操作进行重排序。
比如：a=1;b=a; 这个指令序列，由于第二个操作依赖于第一个操作，所以在编译时和处理器运行时这两个操作不会被重排序。
（2）重排序是为了优化性能，但是不管怎么重排序，单线程下程序的执行结果不能被改变
比如：a=1;b=2;c=a+b这三个操作，第一步（a=1)和第二步(b=2)由于不存在数据依赖关系， 所以可能会发生重排序，但是c=a+b这个操作是不会被重排序的，因为需要保证最终的结果一定是c=a+b=3。
使用volatile关键字修饰共享变量便可以禁止这种重排序。若用volatile修饰共享变量，在编译时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。volatile禁止指令重排序也有一些规则： 即执行到volatile变量时，其前面的所有语句都执行完，后面所有语句都未执行。且前面语句的结果对volatile变量及其后面语句可见。
volatile原理
为了提高处理速度，处理器不直接和内存进行通信，而是先将系统内存的数据读到内部缓存（L1，L2或其他）后再进行操作，但操作完不知道何时会写到内存。如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据会立即写回到系统内存。但是，就算写回到内存，如果其他处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题。所以在多处理器下，为了保证各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里。
Lock前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情：
- 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。
- 一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。在多核处理器系统中进行操作的时候，IA-32和Intel 64处理器能嗅探其他处理器访问系统内存和它们的内部缓存，处理器使用嗅探技术保证它的内部缓存、系统内存和其他处理器的缓存的数据在总线上保持一致
volatile和synchronized的区别
- volatile 本质是在告诉 JVM 当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取。synchronized 则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
- volatile 仅能使用在变量级别。synchronized 则可以使用在变量、方法、和类级别的。
- volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性。而synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性。
- volatile 不会造成线程的阻塞。synchronized 可能会造成线程的阻塞。
- volatile 标记的变量不会被编译器优化。synchronized标记的变量可以被编译器优化。
