多线程中Volatile底层实现原理

1.volatile的应用

在多线程并发编程中synchronized和volatile都扮演这重要角色，volatile是轻量级的synchronized，他在多处理开发中保证了共享变量的“可见性”。可见性的意识是当一个线程修改了一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。如果volatile变量修饰符使用恰当的话，它比synchronized的使用和执行成本更低，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。

2.volatile的定义和实现原理

java语言规范第3版中对volatile的定义如下：java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保排他锁单独获得这个变量。
java语言提供了volatile，在某些情况下比锁更加方便。如果一个字段被声明成volatile,java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。

在了解volatile实现原理之前，我们先来看下与其原理相关的CPU术语与说明。

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volatile是如何保证可见性的呢？有volatile修饰的共享变量进行写操作时会多出一行汇编语言（lock前缀的指令），这行指令会引发两件事情

1)将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。

2)这个写回内存的操作会使其在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效

为了提高处理器速度，处理器不直接和内存进行通信，而是先将系统内存的数据读到内部缓存（L1,L2或其他）后再进行操作，但操作完不知道何时写回到内存。如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会想处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。但是，就算写回到内存，如果其他处理器缓存的值还是旧的，在执行计算就会有问题。所以，在多处理器下，为了保证各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，每个处理里通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置为无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里。