閱讀本文需要熟悉java內存模型：Java內存模型-JMM解析
1.前言
java內存模型規定了所有的變量都存儲主內存，注意這裏的主內存，是依附在物理上的內存，jvm就運行在物理內存上(我的電腦是16G)，所以這裏的主內存就是虛擬機的一部分，除此之外，每條線程還有自己的工作內存(本地內存),工作內存是JMM的一個抽象概念，並不真實存在。它涵蓋了緩存，寫緩衝區，寄存器以及其他的硬件和編譯器優化線程的，工作內存中保存了被該線程使用的在主內存中的變量副本，線程對變量的讀取賦值等操作都必須在工作內存中進行，不能直接在主內存中進行讀寫
2.volatile的出現及特性
無論是concurrent包下的原子性操作還是synchronized同步機制都是確保共享變量(主內存裏的變量) 在多線程條件下共享變能夠在線程間交互，通信，保障其安全性，都是基於內存層面進行操作，而volatile同樣是Java虛擬機提供的一種輕量級的同步機制，下面說說它的特徵
- 可見性：使它修飾的變量在線程間可見，可見指的是當一個線程修改了這個變量的值，新值對其他線程來說是可以立刻得知
- 不保證原子性：對於類似++的自增操作，volatile不能確保其在多線程條件下的安全性，因此用原子類代替是一個可選的方案
3.volatile讀寫與happens-before的關係
簡述一下happens-before的特點(詳解請看開頭文章鏈接)：
- 如果一個操作與另一個操作有Happens-Before關係，那麼第一個操作將對第二個操作可見，且第一個操作的順序要在第二個操作之前
在java虛擬機規定的幾種happens-before原則中，volatile屬於其中一種,我們看一下它的內存定義：
- 對volatile變量寫時的內存定義：當對一個volatile變量進行寫操作時，JMM會把該線程內的工作內存中的共享變量刷新到主內存
- 對volatile變量讀時的內存定義：當對一個volatile變量進行讀操作時，JMM會把本線程內工作內存中的共享變量置爲無效，從主內存去讀取共享變量
這也是爲什麼volatile具有可見性的原因
4.volatile讀寫內存定義實現，避免指令重排
在此之前需要了解一下指令重排序，文章頭部有鏈接，volatile實現可見性還有一個重要原因：
避免指令重排
從表格可以看出：
- 當第一個操作爲普通變量的讀寫時，如果第二個操作時時volatile寫，則不能把這兩個指令重排序
- 當第二個操作爲volatile寫，無論第一個操作是什麼類型，都不能進行重排序
- 當第一個操作爲volatile讀時，無論第二個操作是什麼類型，都不能進行重排序
- 當第一個操作爲volatile寫第二個操作爲volatile讀時，不能進行重排序
這個表格就是對volatile關鍵字的讀寫定義，即在這種機制下，保證了共享變量的可見性和安全性，爲了實現這個定義，java編譯器在實現代碼時會在代碼中加入內存屏障來禁止處理器(cpu)的指令重排，具體實現如下：
- 在每個volatile讀後插入LoadLoad屏障
- 在每個volatile讀後插入LoadStore屏障
- 在每個volatile寫前插入StoreStore屏障
- 在每個volatile寫後插入StoreLoad屏障
我們通過一個例子來說明：
public class Demo {
int a;
volatile int v1 = 1;
volatile int v2 = 2;
void readAndWrite(){
int i = v1;//第一個volatile讀
int j = v2;//第二個volatile讀
a = i + j;//普通寫
v1 = i + 1;//第一個volatile寫
v2 = j * 2;//第一個volatile寫
}
}
針對上面的代碼，編譯器在生成字節碼時可以做到如下優化
通過這種方式就可以保障volatile的happens-before規則，很好的避免了指令重排序