volatile关键字的可见性与原子性分析

volatile关键字其实在项目当中几乎没有用到，和synchronized不同的是，volatile不能保证原子性，但是却能够保证线程的可见性。volatile关键字其实属于比较难掌握的一部分，不建议新手去使用，宁愿使用代价大一点的synchronized去保证线程的同步安全，可见性，原子性，也不要使用难以掌握的volatile，当然，如果你的水平足够高，可以忽略，哈哈哈。volatile其实涉及到的知识点还是很多的，深入去分析一下，这里谈谈我学习volatile个人粗浅的总结。

要分析volatile的原子性，可见性，其实需要先谈谈java内存模型，因为这涉及到了这一部分的内容。java内存模型如图一所示，字有点丑，emmmm,但这不是重点。

图一 java内存模型

java内存模型有5个部分，分别是PC寄存器，本地方法栈，方法区，堆，java栈，在多线程去操作共享变量的时候，其实是线程去复制堆里面的该变量到自己的线程java栈里面，每一个线程直接操作的是java栈中的变量，即堆内存中该变量的副本；等修改完副本之后，再根据之前保存的变量信息，找到堆中该变量的位置，将值更新，或者如果变量副本失效了，则将堆中该变量的最新值load到自己的线程缓存中。

了解了这个模型操作之后，我们可以分析一下volatile可见性机制；volatile是如何操作的呢？这个涉及到了一个协议MESI协议：该协议解决了缓存的一致性问题，即如果CPU去写一个被volatile修饰的变量，那么它会在总线中发出一个信号，表明这个变量已经被更新，应该将别的副本缓存变为无效状态，当别的线程或者CPU去使用这个变量时，会先到嗅探总线去查看，是否有该变量更新的信号，如果有，即将自己本地缓存副本变为无效，重新到堆中load新的变量值到本地缓存java栈中，使用这样的机制来保证线程之间的共享变量可见性。

那为什么这样的机制不能保证变量的原子性呢？接下来的分析，需要慢慢来喔，举个例子，如果线程A,线程B去同时去load堆内存中的变量n最新值5，那么此时，线程A，线程B本地有自己的变量副本na ,nb都为5，线程A功能是将n加2，线程B功能是将n加3，如果是原子操作的话，那么计算之后答案应该是10。但是，如果这个过程中，线程A和线程B在修改本地na,nb过程时，同时到嗅探总线查探信号，发现没有改变信号，或者线程A先查探了嗅探总线，发现没有改变信号，这时候线程A阻塞了一会儿，之后线程B也去查探嗅探总线，发现也没有改变信号，此时，线程A,B本地的na,nb副本都是有效的，之后线程A执行完操作，将本地na改为7，这个时候到嗅探总线发出信号，表明该变量已经有更新，之后将堆内存n值更新为na值7,此时，由于线程B已经执行过探查操作，计算的nb的缓存值其实并不会改变，线程B最后执行完nb的值会为8，之后再刷回堆内存，此时n的值会为nb的值8。所以原子性并不能保证。

volatile的有序性即在程序执行到该代码片段时候，遇到volatile修饰的变量，会生成一个内存屏障barrier,处于该屏障内的代码段指令禁止重新排序。因为计算机的编译器是有优化功能的，程序语言java属于高级语言，在转化成机器语言的过程中，为了更加高效的计算，到汇编阶段，存在会对转换来的指令重新排序。