看完这篇volatile volatile什么用 _小知识

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前言volatile关键字相信大家多多少少都见过，即使没实际用过，也在诸多源码里见过。本文主要围绕volatile是什么、实现原理、使用场景几方面展开介绍。
在介绍volatile之前，应该先了解下Java内存模型（JMM，Java Memory Model）

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从图中我们可以看到JMM实际上是一种线程通信的规范，具体实现是通过共享内存（工作内存是线程隔离的，主内存是共享的）。线程不能直接修改主内存中的变量，线程1和线程2中的变量都是从主内存中都取，在工作内存中修改后更新到主内存，工作内存中存储的是主内存中变量的副本。
JMM与JVM内存的各大区域是不同层次的划分。主内存中主要存储Java对象的实例，包括成员变量、类信息、常量、静态变量。由于是线程共享的，所以存在线程安全问题；工作内存中主要存储方法的本地变量信息、字节码信号指示器等，由于是线程隔离的，所以不存在线程安全问题。
为什么需要JMM学过计算机基础的同学应该都知道，CPU寄存器的存取速度和内存（Memory）的速度相差了好几个数量级。如果CPU直接操作内存（Memory），那么CPU绝大多数时间都处于等待状态，会导致CPU利用率极低。所以不得不在CPU和内存（Memory）之间增加高速缓存（一般是三级缓存L1、L2、L3 。L1和L2是隔离的，L3是共享的）。具体结构如下

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有了缓存层，操作系统可以提前将CPU需要使用到的数据读入缓存，计算完成后写回缓存，再由缓存慢慢同步给内存（Memory）。这样提高了CPU利用率，但是也增加了系统的复杂度，那就是引入了数据一致性问题。存在多个CPU的时候，怎么保证各个CPU缓存中数据是一致的。为了保证数据性一致，需要在访问缓存的同时，遵循一些协议，如MESI 。
三级缓存结构虽然解决了CPU和内存的速度差异问题，但是三级缓存的结构过于复杂，并且不同的CPU结构略有差异。Java作为一门跨平台，跨操作系统的语言，就需要一种规范来屏蔽各类厂家CPU以及各个操作系统之间的差异，这种规范正是Java内存模型（JMM）。
很显然，JMM的这种设计也会存在数据一致性问题。导致数据不一致的原因主要有三个：原子性、可见性、有序性。

原子性：一系列操作不可分割，要么都成功执行，要么都失败。
可见性：一个线程对共享变量的修改能及时被其他线程知晓。
有序性：为了提高程序的执行效率，编译器会对编译后的指令进行重排序，即代码的编写顺序不一定就是代码的执行顺序。

重排序又可以分为三种：

编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序
指令级并行的重排序。现代CPU采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。对于不存在数据依赖的指令，CPU可以改变语句对应机器指令的执行顺序
内存系统的重排序。由于CPU使用三级缓存结构，这使得数据加载和存储操作看上去可能是在乱序执行的

以下代码可以验证指令重排序

/** * @author sicimike */public class OutOfOrder {private static int x = 0, y = 0;private static int a = 0, b = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {int i = 0;for (; ; ) {i++;x = 0; y = 0;a = 0; b = 0;Thread one = new Thread(() -> {a = 1;// 1x = b;// 2});Thread two = new Thread(() -> {b = 1;// 3y = a;// 4});one.start(); two.start();one.join(); two.join();if (x == 0 && y == 0) {String result = "第" + i + "次，x = " + x + ", y = " + y;System.out.println(result);break;}}}}

仔细观察这段代码，如果没有指令重排序，x，y可能的结果是：1,1（执行顺序：1->3->2->4）、1,0（执行顺序：3->4->1->2）、0,1（执行顺序：1->2->3->4），但是不会出现：0,0 。只有当1和2发生了重排，3和4发生了重排，x，y的结果才会是0,0 。也就是当结果输出0,0时，就一定发生了重排序。
执行结果（第一次）

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执行结果（第二次）

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由于发生重排序的时机不确定，所以程序执行可能很快，也有可能很慢，差异可能非常大。