1. Volatile

1.1 基本概念

内存可见性

内存可见性，指的是线程之间的可见性，当一个线程修改了共享变量时，另一个线程可以读取到这个修改后的值。

重排序

为优化程序性能，对原有的指令执行顺序进行优化重新排序。重排序可能发生在多个阶段，比如编译重排序、CPU重排序。

1.2 volatile的内存语义

• 保证变量的内存可见性
• 禁止volatile变量与普通变量重排序

内存可见性

public class VolatileExample {
    int a = 0;
    volatile boolean flag = false;

    public void write(){
        a = 1;         // step 1
        flag = true;  // step 2
    }
    public void reader(){
        if (flag){  // step 3
            System.out.println(a);
        }
    }
}

所谓内存可见性，指的是当⼀个线程对 volatile 修饰的变量进⾏写操作（⽐如step 2）时，JMM会立即把该线程对应的本地内存中的共享变量的值刷新到主内存；当⼀个线程对 volatile 修饰的变量进⾏读操作（⽐如step 3）时，JMM会把⽴即该线程对应的本地内存置为⽆效，从主内存中读取共享变量的值。

禁止重排序

JSR-133专家组决定增强volatile的内存语义：严格限制编译器和处理器对volatile变量与普通变量的重排序。

编译器还好说，JVM是怎么还能限制处理器的重排序的呢？它是通过内存屏障来实现的。

什么是内存屏障？硬件层面，内存屏障分两种：读屏障（Load Barrier）和写屏障 （Store Barrier）。内存屏障有两个作⽤：

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，或者让缓存中相应的数据失效。

编译器在⽣成字节码时，会在指令序列中插⼊内存屏障来禁⽌特定类型的处理器重排序。编译器选择了⼀个⽐较保守的JMM内存屏障插⼊策略，这样可以保证在任何处理器平台，任何程序中都能得到正确的volatile内存语义。这个策略是：

• 在每个volatile写操作前插⼊⼀个StoreStore屏障；
• 在每个volatile写操作后插⼊⼀个StoreLoad屏障；
• 在每个volatile读操作后插⼊⼀个LoadLoad屏障；
• 在每个volatile读操作后再插⼊⼀个LoadStore屏障。