Volatile 关键字

最近，在一篇文章中了解到了 volatile 关键字，查阅了一些相关资料进行了学习，并将学习笔记记录如下，希望能给小伙伴们带来一些帮助。如果文章内容存在一些错误，也请小伙伴们指正，感谢。

volatile 的作用

大家都应该知道 volatile 的主要作用有两点：
1、 保证变量的内存可见性 。
2、禁止指令重排序。

内存可见性

那么什么是内存可见性呢？
内存可见性是指当一个线程修改了某个变量的值，其它线程总是能知道这个变量变化。也就是说，如果线程 A 修改了共享变量 i 的值，那么线程 B 在使用 i 的值时，能立即读到 i的最新值。

可见性问题的解决方案
我们如何保证多线程下共享变量的可见性呢？也就是当一个线程修改了某个值后，对其他线程是可见的。

这里有两种方案：加锁 和 使用 volatile 关键字。

禁止指令重排序

什么是重排序？

计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令重排，一般分为以下三种

1、编译器优化重排序。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。
2、指令级并行重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
3、内存系统重排序。由于处理器使用缓存和读 / 写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

image.png

为了更好地理解重排序，请看下面的部分示例代码：

public void mySort() {
    int x = 11;
    int y = 12;
    x = x + 5;
    y = x * x;
}

按照正常单线程环境，执行顺序是 1 2 3 4

但是在多线程环境下，可能出现以下的顺序：
2 1 3 4
1 3 2 4
上述的过程就可以当做是指令的重排，即内部执行顺序，和我们的代码顺序不一样但是指令重排也是有限制的，即不会出现下面的顺序
4 3 2 1
因为处理器在进行重排时候，必须考虑到指令之间的数据依赖性.因为步骤 4：需要依赖于 y的申明，以及x的申明，故因为存在数据依赖，无法首先执行.

Volatile针对指令重排做了啥

Volatile实现禁止指令重排优化，从而避免了多线程环境下程序出现乱序执行的现象.

首先了解一个概念，内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：

1、保证特定操作的顺序
2、保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）

由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说 通过插入内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化。 内存屏障另外一个作用是刷新出各种CPU的缓存数，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。
也就是过在Volatile的写 和 读的时候，加入屏障，防止出现指令重排的