volatile保证可见性和禁止指令重排序的原理

下面这段话摘自《深入理解Java虚拟机》：

　　“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”

　　lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：

　　1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；

　　2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；

　　3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

 

二、内存屏障

1、什么是内存屏障
内存屏障其实就是一个CPU指令，在硬件层面上来说可以扥为两种：Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障。主要有两个作用：

（1）阻止屏障两侧的指令重排序；

（2）强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存，让缓存中相应的数据失效。

在JVM层面上来说作用与上面的一样，但是种类可以分为四种：

2、volatile如何保证有序性？
首先一个变量被volatile关键字修饰之后有两个作用：

（1）对于写操作：对变量更改完之后，要立刻写回到主存中。

（2）对于读操作：对变量读取的时候，要从主存中读，而不是缓存。

OK，现在针对上面JVM的四种内存屏障，应用到volatile身上。因此volatile也带有了这种效果。其实上面提到的这些内存屏障应用的效果，可以是用happen-before来总结归纳。

3、内存屏障分类
内存屏障有三种类型和一种伪类型：

（1）lfence：即读屏障(Load Barrier)，在读指令前插入读屏障，可以让高速缓存中的数据失效，重新从主内存加载数据，以保证读取的是最新的数据。

（2）sfence：即写屏障(Store Barrier)，在写指令之后插入写屏障，能让写入缓存的最新数据写回到主内存，以保证写入的数据立刻对其他线程可见。

（3）mfence，即全能屏障，具备ifence和sfence的能力。

（4）Lock前缀：Lock不是一种内存屏障，但是它能完成类似全能型内存屏障的功能。

为什么说Lock是一种伪类型的内存屏障，是因为内存屏障具有happen-before的效果，而Lock在一定程度上保证了先后执行的顺序，因此也叫做伪类型。比如，IO操作的指令，当指令不执行时，就具有了mfence的功能。