前言说Volatile关键字之前先说一下cpu多核并发缓存架构，然后是JMM，也就是java内存模型，最后是volatile关键字。JMM（JavaMemoryModel）多核并发缓存架构的引入为了解决CPU与主存速度不匹配的问题，计算机在中间设计了多级缓存（通常放在内存内部）CPU，这里为了更好看）中），缓存读取速度非常快，CPU与缓存交互，程序结束后，缓存中的数据会同步到主存中，然后写入回硬盘。Java线程的内存模型与CPU缓存模型类似，都是基于CPU缓存模型。Java线程的内存模型是标准化的，屏蔽了不同底层计算机之间的差异。如下图所示：和CPU一样，线程A为了解决主存速度不匹配的问题，会将这个共享变量复制到线程的工作内存中。读取共享变量数据的线程与工作内存中的变量副本进行交互。这里的工作内存类似于缓存。JMM数据原子操作JMM有8个原子操作，按使用过程排序，分别如下：这里介绍java的数据原子操作，是为了更好的为后面的问题做铺垫。CPU缓存不一致问题对于多核CPU，当共享变量同时加载到缓存中，同时在多个核上进行操作时，核心A修改变量a时，核心B并不知道a已经被修改.继续推进核心B的线程工作，这样程序就会出现问题，所以出现了缓存不一致的问题。为了解决CPU缓存不一致的问题，工程师们主要采用了两种方法。早期主要采用总线锁定方式。总线锁定：即CPU从主存中读取数据到缓存中，并在总线上锁定数据，使得其他CPU核心无法读取或写入数据，直到CPU使用完数据并释放锁。cpu核心可以读取数据。这种方式可以通过java内存模型和java数据原子操作来体现，如下图所示：在主存中，只有释放锁才能读取该变量的数据，才能读取该变量的值并在其他CPU中进行计算。锁操作会在读之前进行，标记为线程独占状态。当写回主存时，会进行解锁操作。解锁后，其他线程可以锁定该变量。为了解决可见性和一致性的问题，早期的CPU把一个并行执行的程序变成了串行执行。显然，这种解决方案是不可行的。后来工程师使用MESI缓存一致性协议解决了这个问题。MESI缓存一致性协议：多个CPU从主存中读取相同的数据到各自的缓存中。当其中一个CPU修改缓存中的数据被删除后，数据会立即同步回主存，其他CPU可以通过总线嗅探机制感知到数据变化，并使自己缓存中的数据失效。如下图所示：CPU和内存通过总线相连。每个线程从主存中读取数据，实现并行。当线程2修改initFlag变量并执行store操作时，会将工作内存中修改后的数据initFlag=true变量的值写回主内存，最后执行write替换主内存中的值。一旦执行了store原子操作，数据就会通过总线写回主存。MESI缓存一致性协议有一个CPU总线嗅探机制（由硬件实现）：当其中一个线程（这里是线程2）修改了变量的值从工作内存写回到主内存时，只要数据经过总线，其他CPU（这里是线程1）会监听总线，不断监听总线上感兴趣的变量的数据流向，发现有其他CPU（这里是线程1）感兴趣的时候变量，MESI缓存一致性协议将通过总线嗅探机制使另一个CPU（这里是线程1）的工作内存中的相同变量的值无效。然后线程1再次执行循环操作时，发现initFlag无效，再次从主存中读取initFlag。此时主存中的initFlag已经被修改（true），线程1可以拿到最新的值。向上。通过MESI缓存一致性协议和总线嗅探机制，程序可以实现缓存一致性。Java代码演示不可见性说完CPU缓存不一致的解决方案，接下来我们通过java代码演示多线程下缓存不一致的问题，也就是所谓的不可见性。公共类JMM{privatestaticbooleaninitFlag=false;publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{newThread(()->{while(!initFlag){}System.out.println("hello...");}).start();TimeUnit.SECONDS.sleep(2);newThread(()->{System.out.println("...");initFlag=true;System.out.println("修改成功...");}).start();}}``````查看输出结果：代码运行后，只输出线程2的信息。主要原因是看不到双核CPU。throwsInterruptedException{newThread(()->{while(!initFlag){}System.out.println("hello...");}).start();TimeUnit.SECONDS.sleep(2);newThread(()->{System.out.println("...");initFlag=true;System.out.println("修改成功...");}).start();}}线程2对initFlag的修改，线程1中的initFlag是可以感知的，即java的关键字volatile可以解决缓存一致性问题。#volatile如何解决缓存一致性问题关于什么？volatilecachevisibility实现原理：底层实现主要是通过锁前缀指令的组装，将锁定这块内存区域的缓存（cachelinelocking），并写回主存。IA-32ArchitectureSoftwareDeveloper'sManual对lock指令的解释：1）它会立即将当前处理器缓存行的数据写回系统内存2）这种写回内存的操作会导致其他CPU缓存的数据thememoryaddressInvalid(MESI)#看不懂上面说的是什么？没关系，一共记住3点：1）立即将当前处理器缓存行的数据写回系统内存2）这个写回内存的操作会导致缓存在其他内存地址的数据CPUstobeinvalid(MESI)3)在Lockbeforestore,andunlockafterwrite通过将上面的Java程序转成汇编代码来查看（b站老师之前转过，具体我没转，相当麻烦，他的截图留在这里）！[]（https://upload-images.jianshu.io/upload_images/23140115-d1ff66f90607a056.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240）！[](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/23140115-16020cb12ac36d0a.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)#Java中的缓存一致性问题可以从中看出Java内存模型，指的是CPU缓存模型，所以在多核多线程的情况下存在缓存一致性问题。从第5点可以看出，java使用volatile关键字来处理缓存一致性问题。那么，java是如何通过实现volatile来解决缓存不一致问题的呢？Java参考了CPU的解决思路，同时结合了总线锁和MESI缓存一致性协议，结合了MESI缓存一致性协议=volatile的锁实现，同样解决了缓存一致性问题。具体如下：线程1和线程2可以同时从主存中读取共享变量initFlag到各自的工作内存中，然后调用各种执行引擎对该变量进行处理，在添加volatile指令后shared变量，线程2中执行initFlag=true，会加上lock前缀的汇编指令，使得CPU底层立即将修改后的工作内存拷贝变量的值写回系统内存。而且，当这个数据经过总线时，利用CPU总线上的MESI缓存一致性协议和CPU总线嗅探机制，使其他CPU缓存中的同一个拷贝变量失效，同时锁住这块内存区域的缓存（即即将存储到缓存区的内存区域被锁定时），当存储返回到主存时，会先进行一次加锁操作，然后进行一次解锁（写后）操作回写后执行。这样就可以解决缓存一致性问题。#和总线锁的区别volatile的底层实现是：锁结合MESI缓存一致性协议的实现，这个实现和总线锁有什么区别？volatile大大降低了这个锁的密度，性能非常高。开始读的时候，每个CPU都可以读，但是写回主存的时候，其他CPU就不能操作了。如果volatile不加锁操作和解锁操作，只用缓存一致性协议和总线嗅探机制。有什么问题吗？?没有加锁，数据刚刚同步到总线上（也就是刚回写到主存），而这个数据还没有写到主存中的变量中（也就是变量initFlag还没有写完）已改为true），而其他CPU则通过MESI缓存一致性协议中的总线嗅探机制检测到initFlag值的变化，并立即使其他线程中工作内存的值无效。而另一个CPU（线程1）还在执行while操作，发现initFlag无效，就立即从主存中读取initFlag。这个线程2还没有立即将initFlag修改后的值写入主存，所以此时其他CPU（线程1）还在读取原来的旧数据。所以lock前缀指令必须在store之前加锁，真正写入主存后释放锁，只是为了防止一些数据的误读（时差的问题），这个锁的密度非常大小，只要给主存赋值，内存操作就快很多，内存级别的并发至少是每秒几十万、上百万次操作。就做变量地址的赋值操作，这么短的时间加锁，速度非常快！！！#volatile不保证原子性说到这里大家应该清楚并发编程的三大特点：可见性、原子性和有序性。volatile可以保证可见性和有序性，但是不能保证原子性。原子性可以借助synchronized锁机制或者concurrent包下的atomic类，这个原子性会在下一篇博文中总结。该代码演示了volatile不保证原子性。公共类VolatileAtomicTest{publicstaticvolatileintnum=0;publicstaticvoidincrease(){num++;//num=num+1}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{Thread[]threads=newThread[10];for(inti=0;i
