volatile浅谈

如何实现线程之间的通讯  

线程间共享变量需要使用volatile关键字标记，确保每个线程都能读取到更新后的变量值。这涉及到Java的内存模型。在Java虚拟机中，变量的值保存在主内存中，但是，当线程访问变量时，它会先获取一个副本，并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值，虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存，但是，这个时间是不确定的！

这会导致如果一个线程更新了某个变量，另一个线程读取的值可能还是更新前的。例如，主内存的变量a = true，线程1执行a = false时，它在此刻仅仅是把变量a的副本变成了false，主内存的变量a还是true，在JVM把修改后的a回写到主内存之前，其他线程读取到的a的值仍然是true，这就造成了多线程之间共享的变量不一致。

因此，volatile关键字的目的是告诉虚拟机：

• 每次访问变量时，总是获取主内存的最新值；
• 每次修改变量后，立刻回写到主内存。

volatile关键字解决的是可见性问题：当一个线程修改了某个共享变量的值，其他线程能够立刻看到修改后的值。

volatile可见性原理：MESI  (volatile总线嗅探)

MESI  缓存一致性协议

       假如说当前有一个cpu去主内存拿到一个变量x的值初始为1，放到自己的工作内存中。此时它的状态就是独享状态E，然后此时另外一个cpu也拿到了这个x的值，放到自己的工作内存中。此时之前那个cpu会不断地监听内存总线，发现这个x有多个cpu在获取，那么这个时候这两个cpu所获得的x的值的状态就都是共享状态S。然后第一个cpu将自己工作内存中x的值带入到自己的ALU计算单元去进行计算，返回来x的值变为2，接着会告诉给内存总线，将此时自己的x的状态置为修改状态M。而另一个cpu此时也会去不断的监听内存总线，发现这个x已经有别的cpu将其置为了修改状态，所以自己内部的x的状态会被置为无效状态I，等待第一个cpu将修改后的值刷回到主内存后，重新去获取新的值。这个谁先改变x的值可能是同一时刻进行修改的，此时cpu就会通过底层硬件在同一个指令周期内进行裁决，裁决是谁进行修改的，就置为修改状态，而另一个就置为无效状态，被丢弃或者是被覆盖（有争论）。

       当然，MESI也会有失效的时候，缓存的最小单元是缓存行，如果当前的共享数据的长度超过一个缓存行的长度的时候，就会使MESI协议失败，此时的话就会触发总线加锁的机制，第一个线程cpu拿到这个x的时候，其他的线程都不允许去获取这个x的值

状态	描述
M 修改（Modified）	此时缓存行中的数据与主内存中的数据不一致，数据只存在于本工作内存中。其他线程从主内存中读取共享变量值的操作会被延迟执行，直到该缓存行将数据写回到主内存后
E 独享（Exclusive）	此时缓存行中的数据与主内存中的数据一致，数据只存在于本工作内存中。此时会监听其他线程读主内存中共享变量的操作，如果发生，该缓存行需要变成共享状态
S 共享（Shared）	此时缓存行中的数据与主内存中的数据一致，数据存在于很多工作内存中。此时会监听其他线程使该缓存行无效的请求，如果发生，该缓存行需要变成无效状态
I 无效（Invalid）	此时该缓存行无效

volatile有序性是通过内存屏障实现的。JVM和CPU都会对指令做重排优化，所以在指令间插入一个屏障点，就告诉JVM和CPU，不能进行重排优化