1. 引言
volatile是輕量級的synchronized，它在多處理器開發中保證了共享變量的“可見行”，可見性的意思是，當一個線程修改一個共享變量，另一個線程能讀到這個修改的值。如果volatile變量修飾符使用恰當的話，它比synchronized的使用和執行成本更低，因爲它不會引起線程上下文切換和調度。
2. CPU緩存行
2.1 CPU常用術語
| 術語 | 英文 | 描述 |
|---|---|---|
| 內存屏障 | memory barriers | 是一組處理器指令，用於實現對內存操作的順序限制 |
| 緩存行 | cache line | CPU高速緩存中可以分配的最小存儲單位，緩存行是2的整數冪個連續字節，最常見的是64個字節，高速緩存中加載和修改數據都是以緩存行爲基本單位進行處理的 |
| 原子操作 | atomic operations | 不可中斷的一個或一系列操作 |
| 緩存行填充 | cache line fill | 將主存中的數據緩存到緩存行中 |
| 緩存命中 | cache hit | 處理器從緩存中讀取到數據，而不是從主存中讀取 |
| 寫命中 | write hit | 當處理器操作數寫回到一個內存緩存區域時，它首先會檢查這個緩存的內存地址是否在緩存行中，如果存在一個有效的緩存行，則處理器將這個操作數寫回到緩存，而不是寫回到內存，這個操作被稱爲寫命中 |
2.2 詳解CPU緩存行
如果要了解緩存，就必須要瞭解緩存的結構，以及多個CPU核心訪問緩存存在的一些問題和注意事項。
每個緩存裏面都是由緩存行組成的，緩存系統中是以緩存行（cache line）爲單位存儲的。緩存行是2的整數冪個連續字節，最常見的緩存行大小是64個字節。當多線程修改互相獨立的變量時，如果這些變量共享同一個緩存行，就會無意中影響彼此的性能，這就是僞共享。
需要注意，數據在緩存中不是以獨立的項來存儲的，cache是由緩存行組成的，通常是64字節（比較舊的處理器緩存行是32字節），並且它有效地引用主內存中的一塊地址。一個Java的long類型是8字節，因此在一個緩存行中可以存8個long類型的變量。
2.3 緩存行的帶來的好處
如果你訪問一個long數組，當數組中的一個值被加載到緩存中，它會額外加載另外7個。因此你能非常快地遍歷這個數組。事實上，你可以非常快速的遍歷在連續的內存塊中分配的任意數據結構。
因此如果你數據結構中的項在內存中不是彼此相鄰的（鏈表，我正在關注你呢），你將得不到免費緩存加載所帶來的優勢。並且在這些數據結構中的每一個項都可能會出現緩存未命中。
2.4 緩存行帶來的問題
不過，所有這種免費加載有一個弊端。設想你有兩個單獨並且是相連的long類型變量，我們稱它爲head，另一個稱它爲tail。現在，當你加載head到緩存的時候，很可能你也免費加載了tail。這樣就會帶來一個問題，當core1修改了head變量時，core2需要讀取tail變量時，由於緩存一致性協議，雖然core1對tail變量沒有任何修改，緩存行和主存中對應對內容都更新了，core2對應的緩存行已經失效，需要重新讀取。
請記住我們必須以整個緩存行作爲單位來處理（這是CPU的實現所規定的），不能只把head標記爲無效。如果兩個線程同時分別寫head和tail變量，那麼對性能對影響會更糟。
當然解決這個問題對方法，就是將變量對長度增加爲緩存行對長度。
3. volatile原理
如果對聲明瞭volatile的變量進行寫操作，JVM就會向處理器發送一條Lock前綴的指令，將這個變量所在的緩存行的數據寫回到系統內存，由於緩存一致性協議的影響，每個處理器都會檢查自己的緩存是否過期，當處理器發現自己緩存行對應的內存地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設置成無效狀態，當處理器對這個數據進行修改操作的時候，會重新從系統內存中把數據讀到處理器緩存裏。
總結起來就有以下兩點：
- Lock前綴指令會引起處理器緩存回寫到內存
- 一個處理器的緩存回寫到內存會導致其他處理器的緩存無效
4. volatile使用優化
爲了不使多個變量同時在一個緩存行中，可以將變量的字節數轉換爲與緩存行的字節數相等，這樣一個緩存行就只能存儲一個變量，避免了僞共享對性能對影響，但是如果變量不會被頻繁的讀寫，其實引起多個變量在同一個緩存行中衝突的概率會比較小，這樣做的意義也不是很大。
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