Java volatile的理解

volatile的理解

我们会从硬件和软件层理解

对于volatile理解之前，我需要先知道一些知识，多线程环境下怎样才能保证共享变量的线程安全那？
可见性
原子性
有序性

那什么是可见性那？什么是原子性那？有序性又是什么那？

硬件层

在理解在三个概念的时候，我们需要了解一下cpu硬件的一些相关概念。
cpu在发展中由单核 发展为了 多核，如果单核的就不会出现问题，如果是多核就会出现问题
我们都知道cpu的计算速度会非常快，需要从内存里面取数据。从内存取数据的速度是比较慢的，内存的速度远远不能赶上cpu的运算速度，造成了cpu长时间空闲状态（cpu饥饿）。
为了解决这个问题，解决方案：加一个高速缓存区域，接近cpu的运行速度。cpu从高速缓存拿数据，同时存放一些热点数据。（补充一点，cpu还有寄存器用来存放中间计算值）。
当然解决方案虽然解决了cpu一定程度的饥饿问题，但是也带来缓存和主存数据不一致的问题。

看到这里，是不是觉得有一万个草泥马奔腾而过 ，这简直太坑了，一个解决方案解决一定程度cpu饥饿和运行速度，又造出来一个新的问题。
不过也确实蛮坑的，解决方案并不是完美的嘛，那我们能怎么办，我们无解啊，只能学习另一个解决方案了，木得办法。跟我们平时写bug一样一样的。
当然 cpu厂商肯定也知道这个问题了，开始给的解决方案是cpu总线加锁，但是加锁会影响效率嘛，后来提出mesi等相关一些协议的解决方案来保持一致性。

cpu历史大致流程：

cpu 单核 问题：计算能力有限 解决方案：增加cpu物理晶体 （个人能力还不特别出众）
↓
CPU 单核晶体的不断增加（摩尔定律） 问题：计算能力上升，能源消耗大，温度高，物理硬件出现瓶颈 解决方案：cpu 单核多模设计（个人能力购买硬件提升，单人能力很强）
↓
CPU 单核多模处理模型 问题：计算能力相对有一些牺牲，物理硬件运行比较稳定，一定时间真的还不赖那，但是我们应用程序越来越大，需要更强算力。 （相当于个人提高文化素养）
                     解决方案：一个核心不够，我就组装多个嘛（一个人能力有限，找多个人合作）
↓
CPU 多核处理 问题：cpu算力总算是提高上来了，但是取数据又特别慢（多个人合作无敌状态）
             解决方案：cpu开始膨胀了，总觉取数据太慢了，能不能给我快点的，但是内存老弟现在硬件水平就这样，没有达到cpu有钱开挂的水平啊
                       cpu妥协了，加一个接近我的区域吧，你们只要把数据放到这里就行，我给你做计算。
↓
CPU 多核处理 + 高速缓存 问题：又出现了缓存和内存出现了不一致的问题（多个人同时看一眼数据，开始计算，然后再返回结果），核之间产生了隔离
                        解决方案：cpu那就加锁吧，谁先拿到这个锁，我就给谁运算
↓
CPU 多核处理 + 高速缓存 + 加锁 问题 ：加锁就串行化了，影响效率
                               解决方案：cpu我太难了，加锁也不行，那我就加一个管理员吧，他来监控处理数据可见性，
                                         任何一个核心修改了数据，就让给必须给内存
                                         任何一个核心读数据，就必须从内存中读取
↓
CPU 多核处理 + 高速缓存 + 核心管理员 问题：cpu计算的时候发现，有一些数据之间没有依赖性，还是按照先后顺序执行的有些慢
                                    解决方案：无所谓先后顺序，先后顺序不影响计算结果的，cpu我去做优化排序了。
                                    
CPU 多核处理 + 高速缓存 + 核心管理员 + 指令乱序优化 问题：虽然优化了我们的指令，但是有时候我们不想让优化和优化后，对于其他核心有影响
                                                    解决方案：CPU顿时难过了，合着优化一下还不行，给你一个指令（内存屏障），告诉我那些不需要优化
                                                    
            
以上大概就是我们cpu一个发展过程，纯属个人理解，如有不对，欢迎大家指教。
                        
说了这么多，还是没有跟 valatile 有什么关系啊，不要着急，以上是硬件层，下面我们从软件层理解

 

软件层

因为硬件的厂商不同，可能使用相关技术实现细节不一样，但是结果导向是基本都是一致的。
java 为了解决平台的差异性，使用 jvm 来让java 程序员不用感知平台差异性，只要符合我java的规范就可以，jvm封装操作系统还有硬件的相关细节，你只要学习我java规范就可以

没错就是这样 java对于内存管理 经过了层层抽象，形成了java内存管理模型（JMM）

大致模型：
线程工作内存 主存

那么线程工作内存和主存对应的是cpu缓存和内存吗？
其实也不是完全这样的
java 线程工作内存 会对应 主存，cpu缓存 等
java 主存 会对应 主存，cpu缓存 等
只不过是jvm对内存管理都已经封装起来了，具体细节，笔者也不太懂，需要加强知识啊。

重点来了，volatile就是java层面来实现，跟平台没有太大关系（不管你的平台是linux、还是windows等都么有关系，底层由jvm来完成和平台之间交互，得到的结果导向是一致的）
volatile 可见性原理 是jmm协议规范指定：1、线程工作内存完成共享变量写操作，强制刷新到主存，且其他线程读到共享变量
                                   2、线程工作内存读操作，强制从主存读取

volatile 有序性（禁止指令重排）原理 是内存屏障：内存屏障指令其实针对硬件指令架构来一层一层封装出来的
比如 java抽象出来字节码就是load ，当jvm遇到load字节码指令的时候，转换成cpu的禁止指令重排的指令，就不会出现指令的重排。
volatile 其实不能保证原子性的，但是针对单一的操作其实可以的（i=1）是有原子性的，非单一操作其实不具有原子性（如：i++）     

以下是java线程内存模型，帮助大家理解