volatile实现原理

1.CPU Cache模型

• 从内存中把数据读到Cache
• 在Cache中更新数据
• 把Cache中数据更新到内存

cpu缓存一致性问题

MESI()

• 读操作：不做任何事情，把Cache中的数据读到寄存器

• 写操作：发出信号通知其他的CPU将该变量的Cache line置为无效，其他的CPU要访问这个变量的时候，只能从内存中获取。

• Cache line CPU的cache中会增加很多的Cache line

2. JMM模型

• 主内存数据所有线程都可以访问（共享变量）
• 每个线程都有自己的工作空间（本地内存）
• 工作空间：局部变量、主内存的副本
• 线程不能直接修改主内存的数据，只能将数据读到工作空间，修改完刷新到主内存

3. volatile关键字的语义分析

1. 保证可见性

对共享变量的修改，可以让其他线程感知到。

不能保证原子性。

保证可见性的原理：

使用lock锁；

当某个线程将volatile修饰的变量改变的时候，会将该变量的Cache line置为失效；

其他线程感知到Cache Line失效，会重新去主存获取该变量。

lock是汇编中的指令；

Cache line是硬件中的指令。

2. 保证有序性

重排序：

编译阶段、cpu指令优化阶段；

代码顺序并不是实际的执行顺序。

volatile的规则：

• volatile修饰的变量位置不变
• （即volatile前的代码不能放到volatile之后，volatile后的代码不能放到volatile之前）

保证有序性的原理：

加了轻量锁Lock

4. volatile与synchronized的区别

使用上的区别

volatile只能修饰变量，synchronized只能修饰方法和代码块

对原子性的保证

volatile不能保证原子性，synchronized可以保证原子性

对可见性的保证

都可以保证可见性

volatile使用lock锁（轻量锁），synchronized使用monitorEnter和monitorexit monitor JVM

对有序性的保证

都能保证有序性，synchronized使代码变成串行化

其他

volatile不会阻塞

synchronized会引起阻塞