在討論volatile之前我們先來了解下cpu與內(nèi)存之間的關(guān)系：

CPU.png

手殘黨勋桶、圖丑散罕、大家心中有個(gè)大概就行了挑随。

圖中的緩存為cpu緩存状您，實(shí)際上電腦一般設(shè)有三級(jí)緩存。cpu緩存為于cpu和內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲(chǔ)器兜挨，它的容量很小但交換速度卻比內(nèi)存快得多膏孟。

緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾，因?yàn)镃PU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多拌汇，這樣會(huì)使CPU花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存柒桑。具體大家可自行百度。

volatile提供的三個(gè)特性：

• 原子性：

  一個(gè)很好的例子是：32位機(jī)上的long類型讀寫操作是分為高低位讀寫兩次的担猛，并且不原子性幕垦。所謂原子性是指一個(gè)集合操作中所有操作“同生共死”丢氢、要么一起成功執(zhí)行要么一起不執(zhí)行傅联。

  long i = 0; i = 10;

  當(dāng)有一條線程執(zhí)行到i = 10時(shí)，首先會(huì)為低16位進(jìn)行賦值疚察，倘若此時(shí)有另一條線程來讀取時(shí)只會(huì)讀到只賦值的低16位的數(shù)據(jù)蒸走，從而造成bug的出現(xiàn)。
  不過volatile并不能代替鎖貌嫡，它無(wú)法保證復(fù)合操作的原子性比驻，例如：i++,實(shí)際上此操作是由三個(gè)步驟組成的：首先取得i的值该溯，再對(duì)i進(jìn)行+1，再將結(jié)果寫回i别惦。

• 可見性：

  就如上圖所示狈茉，每個(gè)CPU都有屬于自己的緩存

  int i = 0;
  線程1執(zhí)行的代碼
  i = 10;
  
  線程2執(zhí)行的代碼
  j = i;
  

  假設(shè)線程1先于線程2執(zhí)行，并且CPU1執(zhí)行線程1掸掸、CPU2執(zhí)行線程2氯庆。

  當(dāng)線程1執(zhí)行 i =10這句時(shí)，會(huì)先把i的初始值加載到CPU1的高速緩存中扰付，然后賦值為10堤撵，那么在CPU1的高速緩存當(dāng)中i的值變?yōu)?0了，卻沒有立即寫入到內(nèi)存當(dāng)中羽莺。

此時(shí)線程2執(zhí)行 j = i实昨，它會(huì)先去主存讀取i的值并加載到CPU2的緩存當(dāng)中，注意此時(shí)內(nèi)存當(dāng)中i
　　的值還是0盐固，那么就會(huì)使得j的值為0荒给，而不是10。

這就是可見性問題刁卜，線程1對(duì)變量i修改了之后锐墙，線程2沒有立即看到線程1修改的值。
　　
　　當(dāng)一個(gè)共享變量被volatile修飾時(shí)长酗，它會(huì)保證修改的值會(huì)立即被更新到內(nèi)存中溪北，當(dāng)有其他線程需
　　要讀取時(shí)，它會(huì)去內(nèi)存中讀取新值夺脾。

• 有序性：

  大部分人會(huì)認(rèn)為程序執(zhí)行順序會(huì)和代碼編寫順序一樣之拨，其實(shí)不然。在JMM內(nèi)存模型中允許編譯器和處理器對(duì)指令進(jìn)行重新排序來進(jìn)行優(yōu)化咧叭、以便于CPU能夠并行執(zhí)行指令蚀乔，從而提高效率。

  在單線程中重排序的結(jié)果不會(huì)影響程序的運(yùn)行結(jié)果菲茬，但卻會(huì)影響多線程并行執(zhí)行的正確性了吉挣。
  舉個(gè)簡(jiǎn)單的栗子：

  Thread 1    Thread 2
  1:r2 = A    3:r1 = b
  2:b = 1     4:A = 2
  

  從順序上看 (r2 == 2) 、(r1 == 1) 應(yīng)該不可能出現(xiàn)婉弹，但如果被重排序成下列順序是就不一定了：

  Thread 1    Thread 2
  b = 1       r1 = b
  r2 = A      A = 2
  

  再舉一個(gè)稍微復(fù)雜的例子：

  class order {
      int a = 0;
      boolean flag = false;
      public void writer() {
          a = 1;
          flag = true;
      }
      public void reader() {
          if (flag) {
              int i = a + 1;
              dosomething;
          }
      }
  }
  

  假設(shè)線程A先執(zhí)行writer()方法睬魂，然后線程B執(zhí)行reader()方法。當(dāng)發(fā)生指令重排序后镀赌，writer()方法中的flag的寫入可能會(huì)先于a的寫入氯哮，造成線程B在執(zhí)行reader方法時(shí)判斷正確并為i賦值。

  指令重排序帶來的可見性問題

  雖然指令重排序會(huì)帶來許多問題商佛，但卻能有效提高效率喉钢，并且在串行代碼中大家可放心：

  指令重排序可以保證串行語(yǔ)義一致姆打，但沒有義務(wù)保證多線程之間的語(yǔ)義也一致。

Java虛擬機(jī)還規(guī)定了些規(guī)則指定了哪些指令不能重排序

Happen-Before 規(guī)則：

• 程序順序原則：一個(gè)線程內(nèi)保證語(yǔ)義的串行性
• volatile規(guī)則：volatile變量的寫肠虽，先發(fā)送于讀棒假，保證volatile變量的可見性
• 鎖規(guī)則：解鎖必然先發(fā)生于隨后的加鎖前
• 傳遞性：A先于B勺爱，B先于C甲献，那么A必然先于C
• 線程的start()方法先于它的每一個(gè)動(dòng)作
• 線程的中斷先于被中斷程序的代碼
• 對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行镀首，結(jié)束先于finalized()方法

總的來說，volatile還涉及到JMM內(nèi)存模型等相關(guān)知識(shí)伯复。推薦大家去看《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》和《Java高并發(fā)程序設(shè)計(jì)》慨代，里面講解更加透徹。