【Java并发（五）】--Java内存模型之volatile的内
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前言
当一个共享变量被声明为volatile之后，在JMM中对该变量的读写会很特别，到底是怎么实现可见性，那么用volatile修饰后，编译器和CPU的并行运行（重排序）会做怎样的处理。
volatile的特性
volatile对变量的读写的处理很特别，既然volatile可以保证被修饰的变量的原子性，我们也可以将volatile看作一把锁，那么最好且最容易来理解volatile的方式就是将其看成是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步。以下面的代码为例！
public class VolatileExample {
volatile long a = 0L; // 使用volatile声明64位的long型变量
public void set(long l) {
a = l; // 单个volatile变量的写
}
public void getAndIncrement() {
a++; // 复合volatile变量的读/写
}
public long get() {
return a; // 单个volatile变量的读
}
}
上面的代码如果是在多线程访问下，getAndIncrement（）在语义上和下面的程序是等价的。
public class VolatileExample{
long a = 0L;
public synchronized void set(long l) {
a = l;
}
public void getAndIncrement() {
long temp = get();
temp += 1L;
set(temp);
}
private synchronized long get() {
return a;
}
}
// 上述 ，都是用同一把锁将读写同步，与上面volatile修饰实现的效果小童。
锁的happens-before规则保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性，这意味着对一个volatile变量的读，总是能看到任意线程对这个volatile变量的最后的写入。
所以根据锁的语义决定了临界代码块的执行具有原子性。
简而言之，volatile本身具有下列特性
- 可见性。对一个
volatile变量的读，总是能看到任意线程对这个volatile变量的最后的写入。 - 原子性。对任意单个
volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种符合操作不具有原子性。
volatile写/读建立的happens-before关系
volatile的写/读是怎么实现内存可见性的，又怎样实现线程之间的通信。
从内存语义的角度来讲，volatile的写/读与锁的释放/获取又相同的内存效果，volatile的写和锁的释放有相同的内存语义，volatile读与锁的获取有相同的内存语义。
public class VolatileExample(){
int a = 0;
Volatile boolean flag = false;
/**
* 线程A 执行
*/
public void write(){
a = 1; // 1
flag = true; // 2
}
/**
* 线程B 执行
*/
public void read(){
if(flag){ // 3
int i = a; // 4
}
}
}
上述代码分别由A，B两个线程分别执行。那么上述代码中会发生重排序的问题吗？
我们保留这个疑问从volatile写/读的内存语义入手，看看上面的步骤的执行顺序是怎样的，到底会不会发生重排序的问题！！！
volatile写/读的内存语义
在volatile详解中，详细探讨了，volatile是怎么实现原子性和内存可见性的，当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存中，并且在其他线程嗅探到该变量值有所变化，会将当先嗅探本身的贤臣过的本地内中的缓存值置为无效。来实现变量的原子性，并且内存的可见性。
以上面VolatileExample为例，如果线程A首先执行了write()方法，然后B线程执行read()方法，下图位写之后，读之前的内存图（两个线程的初始值都回缓存在本地内存中）
写/读的内存语义
上图可以很清楚的看出，两个线程在初始状态下都会将变量缓存到本地内存，线程A对变量操作完之后写回主内存，当线程B读取时，发现本地内存与主内存的值不一致，会将本地内存的缓存的值无效，然后重新在主内存中读取。这样的操作会使得本地内存与主内存的值又重新一致。
我们可以理解为，在线程B读一个volatile变量后，写线程A在写这个volatile变量之前所有可见的共享变量的值都将立即变得对线程B可见。
也就是说，volatile修饰变量后，所有的线程在执行之前都会将所有可见的共享变量的值缓存起来。所以这些共享变量对于线程之间来说是可见的。
由此可见，线程之间的通信，可以看作是线程对变量的修改是通过主内存为桥梁来实现线程之间的通信的。
volatile内存语义的实现
下面来介绍一个JMM如何实现volatile写/读的内存语义。
前面我们留下的重排序的疑问，到底1，2，3，4操作会不会出现重排序的情况。
前面我们知道，重排序是编译器和处理器来执行重排序。为了实现volatile内存语义，JMM会分别限制这两种类型的重排序（读/写）类型。下面是规定这两中重排序的规则表
volatile重排序规则表
为了实现
volatile的内存语义，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的类型的处理器重排序。JMM的前提为 安全第一，效率第二！！所以JMM在针对volatile内存屏障问题采取了保守措施。
- 在每个
volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。（禁止写写重排序）上面的是写就是Store 上面的是读 就是Load - 在每个
volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。（禁止写读重排序） - 在每个
volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。（禁止读读重排序） - 在每个
volatile写操作的前面插入一个LoadStore屏障。（禁止读写重排序）
以这样的内存语义来分析上面的1、2、3、4操作看是否会发生重排序呢？
程序执行流程图
所以虽有的答案就是1、2、3、4不可能出现重排序。
所以1 happens-before2，3happens-before 4.
根据上面volAtile规则 2 happens-before 3.
所以根据happens-before的传递性规则，1 happens-before 4.
总结
现在可以清楚的知道volatile通过自己的内存语义来实现内存可见性、原子性像锁一样的结果，但是使用volatile会放弃编译器和处理器对程序的优化，并且JMM在使用volatile选择是保守措施。由此可见JMM的一个特点：首先要确保正确性，然后再去追求执行效率。
由于volatile仅仅保证了对单个volatile便来你过的读/写具有原子性，而锁的互斥性（独占锁）的特性可以确保整个代码块的原子性。在功能上，锁比volatile更加强大；但是在可伸缩性和执行性能上，volatile更加有优势。所以存在即合理。需要合理运用！！！
