java中的volatile变量

同步与线程间通信:

• 通信 
  通信是指消息在两条线程之间传递。 
  既然要传递消息，那接收线程 和 发送线程之间必须要有个先后关系，此时就需要用到同步。通信和同步是相辅相成的。

• 同步 
  同步是指，控制多条线程之间的执行次序。

线程间通信方式:

• 共享内存 
  共享内存指的是多条线程共享同一片内存，发送者将消息写入内存，接收者从内存中读取消息，从而实现了消息的传递。 
  但这种方式有个弊端，即需要程序员来控制线程的同步，即线程的执行次序。

这种方式并没有真正地实现消息传递，只是从结果上来看就像是将消息从一条线程传递到了另一条线程。

• 消息传递 
  顾名思义，消息传递指的是发送线程直接将消息传递给接收线程。 
  由于执行次序由并发机制完成，因此不需要程序员添加额外的同步机制，但需要声明消息发送和接收的代码。

java多线程内存模型:

所有线程都共享一片内存，用于存储共享变量； 
此外，每条线程都有各自的存储空间，存储各自的局部变量、方法参数、异常对象。

volatile的使用:

public volatile boolean flag;

1)volatile在重排序(编译器、处理器在不改变程序执行结果的前提下，重新排列指令的执行顺序，以达到最佳的运行效率)中的使用:

在以下情况下，即使两行代码之间没有依赖关系，也不会发生重排序：

• volatile读

  • 若volatile读操作的前一行为volatile读/写，则这两行不会发生重排序
  • volatile读操作和它后一行代码都不会发生重排序

• volatile写

  • volatile写操作和它前一行代码都不会发生重排序；
  • 若volatile写操作的后一行代码为volatile读/写，则这两行不会发生重排序。

volatile保证共享变量的内存可见性:

volatile修饰了一个成员变量后，这个变量的读写就会比普通变量多一些步骤。

• volatile变量写 
  当被volatile修饰的变量进行写操作时，这个变量将会被直接写入共享内存，而非线程的专属存储空间。

• volatile变量读 
  当读取一个被volatile修饰的变量时，会直接从共享内存中读，而非线程专属的存储空间中读。

通过对volatile变量读写的限制，就能保证线程每次读到的都是最新的值，从而确保了该变量的内存可见性。

volatile变量只能确保long、double读写的"原子性"(volatile在其他情况下是不能保证原子性的):

在Java中的所有类型中，有long、double类型比较特殊，他们占据8字节（64比特），其余类型都小于64比特。在32位操作系统中，CPU一次只能读取/写入32位的数据，因此对于64位的long、double变量的读写会进行两步。在多线程中，若一条线程只写入了long型变量的前32位，紧接着另一条线程读取了这个只有“一半”的变量，从而就读到了一个错误的数据。 
为了避免这种情况，需要在用volatile修饰long、double型变量.

其实如果一个变量加了volatile关键字，就会告诉编译器和JVM的内存模型：这个变量是对所有线程共享的、可见的，每次jvm都会读取最新写入的值并使其最新值在所有CPU可见。所以说的是线程可见性，没有提原子性。

下面我们用一个例子说明volatile没有原子性，不要将volatile用在getAndOperate场合（这种场合不原子，需要再加锁，如i++），仅仅set或者get的场景是适合volatile的。
例如你让一个volatile的integer自增（i++），其实要分成3步：1）读取volatile变量值到local； 2）增加变量的值；3）把local的值写回，让其它的线程可见。这3步的jvm指令为：

mov    0xc(%r10),%r8d ; Load
inc    %r8d           ; Increment
mov    %r8d,0xc(%r10) ; Store
lock addl $0x0,(%rsp) ; StoreLoad Barrier

注意最后一步是内存屏障。
什么是内存屏障（Memory Barrier）？
内存屏障（memory barrier）是一个CPU指令。基本上，它是这样一条指令： a) 确保一些特定操作执行的顺序； b) 影响一些数据的可见性(可能是某些指令执行后的结果)。编译器和CPU可以在保证输出结果一样的情况下对指令重排序，使性能得到优化。插入一个内存屏障，相当于告诉CPU和编译器先于这个命令的必须先执行，后于这个命令的必须后执行。内存屏障另一个作用是强制更新一次不同CPU的缓存。例如，一个写屏障会把这个屏障前写入的数据刷新到缓存，这样任何试图读取该数据的线程将得到最新值，而不用考虑到底是被哪个cpu核心或者哪颗CPU执行的。

内存屏障（memory barrier）和volatile什么关系？上面的虚拟机指令里面有提到，如果你的字段是volatile，Java内存模型将在写操作后插入一个写屏障指令，在读操作前插入一个读屏障指令。这意味着如果你对一个volatile字段进行写操作，你必须知道：1、一旦你完成写入，任何访问这个字段的线程将会得到最新的值。2、在你写入前，会保证所有之前发生的事已经发生，并且任何更新过的数据值也是可见的，因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。

为什么volatile变量用不同的线程访问修改后访问的结果会不一样(多数情况下不建议使用volatile变量提供可见性):

JVM在运行时内存分配汇总有一个内存区域称为虚拟机栈, 线程栈保存了线程运行时的信息,当线程访问某个对象的值的时候,首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值,然后把堆内存变量的值load到本地内存中(当前线程所分配内存区域),建立一个变量副本, 之后线程不再和对象在堆内存的变量有任何联系,而是直接修改副本的值,在修改完成之后自动把变量副本写回堆内存,这样堆内存的值就会改变:

read and load: 从主内存复制变量到当前工作内存

use and assign: 执行代码, 改变共享变量

store and write: 用工作内存数据刷新主内存相关内容

但在read and load 之后, 如果线程1对该volatile变量修改还未结束, 线程2也进行修改, 但修改的是最初的值, 将会导致并发的发生.

volatile变量使用的场景:

1).对变量的写入不依赖变量当前的值, 或者能确保只有单线程更新变量的值

2).该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中

3).在访问变量时不需要加锁