volatile 实现原理了解吗？

volatile 有两个作用，保证可见性和有序性。

volatile 怎么保证可见性的呢？

简单来说：读取和写入变量从原本的本地内存变成主内存中

相比 synchronized 的加锁方式来解决共享变量的内存可见性问题，volatile 就是更轻量的选择，它没有上下文切换的额外开销成本。

volatile 可以确保对某个变量的更新对其他线程马上可见，一个变量被声明为 volatile 时，线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者其他地方，而是会把值刷新回主内存 当其它线程读取该共享变量 ，会从主内存重新获取最新值，而不是使用当前线程的本地内存中的值。

当对volatile变量进行写操作的时候，JVM会向处理器发送一条lock前缀的指令，将这个缓存中的变量回写到系统主存中。 所以，如果一个变量被volatile所修饰的话，在每次数据变化之后，值都会被强制写入主存。而其他处理器的缓存由于遵守缓存一致性协议，就会把变量的值从主存读取到自己的工作内存中。这就保证了volatile在并发编程中，其值在多个缓存中是可见的

例如，我们声明一个 volatile 变量 volatile int x = 0，线程 A 修改 x=1，修改完之后就会把新的值刷新回主内存，线程 B 读取 x 的时候，就会清空本地内存变量，然后再从主内存获取最新值。

volatile内存可见性

volatile 怎么保证有序性的呢？

简单来说：禁止指令重排，增加读写相关屏障

重排序可以分为编译器重排序和处理器重排序，valatile 保证有序性，就是通过分别限制这两种类型的重排序。

volatile重排序规则表

• volatile读之后的任何操作不能重排序到volatile读之前（对应第二行）

  • 这么一个场景，需要根据volatile读出来的数据，进行后续的普通读写操作，若提前了，volatile数据是旧数据，导致语义错误。

  • volatile读之前的任何操作，就肯定不是基于该volatile变量的相关普通操作，所以不需要做相关屏障

• volatile写之前的任何操作不能重排序到volatile写之后（对应第三列）

  • 这么一个场景，普通读写操作完成后才能更改volatile写操作，volatile写提前，说明还没完成操作你就改。

• volatile写之后的volatile相关操作不能重排序到前面

  • 相当于对该volatile修饰的变量加锁

为了实现 volatile 的内存语义，编译器在生成字节码时，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。

1. 在每个 volatile 写操作的前面插入一个StoreStore屏障

2. 在每个 volatile 写操作的后面插入一个StoreLoad屏障

3. 在每个 volatile 读操作的后面插入一个LoadLoad屏障

4. 在每个 volatile 读操作的后面插入一个LoadStore屏障

• 巧记：拆分成两个单词，读用Load，写用Store。LoadLoad读读，LoadStore读写·······

volatile写插入内存屏障后生成的指令序列示意图

volatile读插入内存屏障后生成的指令序列示意图