Volatile and CAS总结

前言：

今天被al小哥哥问了几个问题，回答的问题在很大程度上代表你对这个问题的深刻理解。然而 自己...真的真的 没有把一些东西真正的理解透啊。

知识点不在于 看了多少遍，在于不断的 系统的去总结、分析、理解。

本着对volatile的理解，提出来几个问题？

1.volatile怎么实现的可见性？-->MESI协议

2.cas怎么实现的可见性? -->也是用的MESI 协议

3.volatile避免指令的重排序是通过内存屏障解决的，那他还和MESI有什么关系？MESI也用了内存屏障? 

1.1volatile:（可见性、有序性）注：对于单次的volatile变量操作是原子性的，但是连续对volatile操作不是原子性的
一：对于一个volatile变量，写进去的时候 会把工作内存里面的 值刷新到 主内存里面；而 读volatile变量的时候 ，如果发现这个变量是一个volatile变量的话，会使这个变量失效，重新再从主内存里面读取进来。这个回答是不是太.....肤浅。

《java并发编程艺术》说，volatile在编译的时候会生成一个lock前缀。然而 lock前缀到底有什么作用呢？对于此理解的真的不够深刻啊。 多线程编程，在操作系统里面是用户态的，通过操作系统的 用户态线程和内核线程之间的对应，可以将用的线程 映射到其它处理器上面去,（其实线程内的工作内存是 cpu寄存器和cpu缓存的抽象）（那么问题出现了 --------》

如果一个线程A在cupu1上面，线程B在cpu2上面，假如 cpu1和 cpu2同时更改变量X，两个处理器各自执行各自的，然后放到各自的缓存在继续执行下条指令，那么 不是乱套了么？所以，必须想办法 只能有一个处理器在操作 一个共享变量，而让另一个处理器中缓存了该变量的值无效！！所以前辈们想出了两个方案：

1.锁住总线：当一个处理器输出一个信号（Lock#），然后别的处理器就不能访问共享变量。 这个方法简单粗暴啊。所以人们肯定得想个别的办法把。

2.锁住缓存：大白话的思想就是 cpu1 操作了一个共享内存数据，同时通知其它的cpu，让他们的对于这一个共享内存的缓存无效！如果其它cpu在要操作这个共享内存的数据的话，得重新读缓存。

说实话《java并发编程艺术》对于缓存一致性协议讲的有点生涩，看了很多遍对于这一概念还是模糊，于是找度娘把

---->缓存一致性协议：MESI 协议，就是给各个处理器制定了一套游戏规则：

M (modeified) 被修改的: 处于这个状态的数据只存在当前处理器的缓存当中，并且改变了原来的值

E(exclusive) 独占的: 处于这个状态的数据只存在当前处理器的缓存当中，并且和内存中的值 一样，没有被修改

S (shared)共享的: 处于这个状态的数据在多个cpu缓存中的值一样，并且和内存中的值一样

I (invalid)无效状态： 处于贝格cpu中的缓存已经无效。

如果当前cpu要读数据了，如果是I状态，那么读进数据来之后，把状态改成S。其它的状态可以直接读就可以，在此之前，必须监听一下别的cpu缓存对于此数据的状态，如果别的cpu存在M状态，那就等那个cpu把数据存到内存中然后再去读。

如果说当前cpu要写数据了，只有M 和E 状态才能执行，否则发出一条指令，至其他的cpu的 缓存置为无效，然后把状态改为M.

再回到上文，volatile在总线上发出的lock前缀，会声言出lock#信号，最近的lock# 信号使用的是所缓存的。所以lock前缀什么作用，我们可以总结成两点

1.让该缓存行刷新到内存中去

2.使其它处理器的缓存的数据无效 

1.2：CAS 

/*

如果两个处理器，同时对一个数据进行CAS，那么会怎么做？同时对一个数据进行CAS，也就是说要更改本处理器中缓存的数据，更改状态为M或者E，成功了之后是其他的处理器中的数据无效 变成I. 然而怎么决定让哪一个处理器更改缓存数据呢？ 这个就让ring bus仲裁吧。

*/

2：内存屏障

硬件层 两个内存屏障 load barrier 、store barrier

有两个功能：1、禁止屏障前后的重排序 2、强制把写缓冲区的的数据写入内存

LoadStore屏障: （Load1 LoadStore Store2） 在store2以及后续的刷入内存前，先进行Load1把数据读出来

LoadLoad屏障:（Load1 LoadLoad Load2）在Load1以及后续读数据前，先进行Load1把数据读出来

StoreLoad屏障（万能屏障）:（Store1 StoreLoad Load2）在Load2读数据之前，先进行store1写操作，使其对所有处理器可见

StoreStore屏障:（Store1 StoreStore Store2）在store2及后续写操作前，先进行store1写操作，使其对所有处理器可见

volatile的内存屏障：

volatile写操作： 前面插一个storestore屏障 ； 后面插一个storeload屏障

volatile读操作： 后面插一个loadload屏障，后面插一个loadstore操作

3.happens-before

四个规则：

程序顺序规则：一个线程中的每个操作都happends-before于后续操作

监视器锁原则：对一个锁的解锁 happends-before 后续对这个锁的加锁

volatile变量原则：前一个volatile变量的写操作happends-before后面的读操作

传递性原则：Ahappens-beforeB, Bhappends-beforeC,那么Ahappends-beforeC

注解：任何带有lock前缀的指令都有 内存屏障的作用

所以，还是静下心，调整一下心态，这几天确实被春招弄的有点浮躁了。没有根基的高楼注定是虚幻的，所以基础真的很重要呀

以上笔记如果有错欢迎指正呀~~~