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Volatile及其实现

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Volatile关键字

1、可见性：

Java内存模型规定：所有变量都需要存储在主内存中，线程工作内存保存了变量在主内存中的副本，线程对变量的所有操作都在工作内存中进行，执行结束后在同步到主内存中去。这里必然会存在时间差，在这个时间差内，该线程对副本的操作，对于其他线程是不见的，从而造成了可见性问题。

2、指令重排序

JVM对代码进行编译优化，导致代码可能并不是按照代码编写顺序执行，而是按照JVM进行编译优化后的顺序执行。指令重排序对并发编程安全性有很大影响，所以提供了一些happens-before规则定义一些禁止编译优化的场景。

3、volatile的作用

• 保证共享变量的可见性：使用volatile修饰的变量，任何线程对其进行操作都是在主内存中进行的，不会产生副本，从而保证共享变量的可见性。

• 防止局部指令重排序：happens-before规则中的volatile变量规则规定了一个线程先去写一个volatile变量，然后一个线程去读这个变量，那么这个写操作的结果一定对读的这个线程可见。

4、volatile如何防止指令重排序

volatile是通过内存屏障来防止指令重排序的。

硬件层面的内存屏障分为Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障。

对于Load Barrier来说，在指令前插入Load Barrier，可以让高速缓存中的数据失效，强制从新从主内存加载数据。对于Store Barrier来说，在指令后插入Store Barrier，能让写入缓存中的最新数据更新写入主内存，让其他线程可见。

volatile防止指令重排序具体步骤：

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。

在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障