在多線程編程中，Synchronized 和 volatile 都扮演者重要的角色，前面的文章我們已經瞭解了java內置鎖Synchronized ，它保證了併發過程中的可見性與原子性，避免了共享數據的錯誤。 而 Volatile可以看做是輕量級的 Synchronized，它只保證了共享變量的可見性。在線程 A 修改了被 volatile 修飾的共享變量之後，線程 B 能夠讀取到正確的值。在 關於JMM 的文章中我們瞭解到 java 在多線程中操作共享變量的過程中，會存在指令重排序與共享變量工作內存緩存的問題。
volatile作為一個修飾符，使用很簡單，但是它背後做了多少工作呢？
首先我們需要明白，本地內存是一個抽象概念，包括緩存、讀寫緩衝區、寄存器，甚至編譯器重排序和cpu重排序。JVM按照JMM規範對volatile進行特殊處理，從而實現在CPU對該變量的特殊處理。
volatile底層原理
計算機系統中，硬盤負責存儲數據， 但是數據交換速度慢，CPU 運行速度非常快，CPU直接硬盤的數據交換效率非常低，於是產生了內存，通過內存與 CPU 進行數據交換，但是內存的速度依舊不夠快，嚴重拖慢整體的運行效率，故而在 CPU 內部添加了高速緩存，作為 CPU的臨時存儲器，與內存的數據交互。
- 在單核CPU中，多線程都在一個CPU中進行運行，共用一份緩存，對同一個共享變量的使用，而不會出現數據可見性的問題
- 而多核CPU由於多線程可能分配在不同的CPU，這種情況下進行計算時，就會出現一個CPU內核計算完成，並沒有同步回主內存，而其他CPU無法使用最新的數據，而出現了可見性問題。
通過添加volatile修飾，通過JVM的優化，最後反應到CPU上，先從內存獲取數據，存儲在高速緩存中，然後再從高速緩存中獲取數據進行計算，計算完成後的值並不會立即刷新回主內存中，而其他 CPU 這時並不知道變量值已經改變，使用的還是之前的變量值進行計算，這就產生了數據錯誤。這種機制類似我們之前講過的 JMM 中主內存於工作內存的關係。
我們知道，javac 編譯器將 .java 代碼編譯成為 .class 字節碼，JVM 通過解釋器與即時編譯器（JIT）運行字節碼中的指令，將字節碼指令翻譯稱為具體的機器碼指令，而被 volatile 修飾的共享變量，在翻譯成為機器碼的過程中為其賦值操作添加特殊機器碼指令前綴Lock xxxx。
public class Test{
private volatile int i=1;//被 volatile 修飾
//線程A修改
public void setVar(){
i=2;
}
//線程B獲取
public int getVar(){
return i；
}
}
在執行此條指令時，Lock 指令有兩個作用：
- 使本CPU的緩存寫入內存
- 上面的寫入動作也會引起別的CPU或別的內核中的緩存無效，
所以通過這樣一個指令前綴，可以讓對volatile變量的修改對其他CPU可見。
指令重排序
還是上文中的Lock前綴的作用，為什麼它能禁止指令重排序呢？
從JMM角度講：
在JMM的邏輯實現中，當操作一個變量 執行putfield指令(為變量賦值) 時，JVM會檢查此變量是否是被volatile修飾的，如果是的話，JVM會為該變量添加內存屏障，用於隔離該變量與前後操作，從而禁止volatile變量的操作與前後操作的亂序。
摘自java併發編程的藝術： 為了實現volatile的內存語義，編譯器在生成字節碼時，會在指令序列中插入內存屏障來 禁止特定類型的處理器重排序。對於編譯器來說，發現一個最優佈置來最小化插入屏障的總 數幾乎不可能。為此，JMM採取保守策略。下面是基於保守策略的JMM內存屏障插入策略。 ·在每個volatile寫操作的前面插入一個StoreStore屏障。 ·在每個volatile寫操作的後面插入一個StoreLoad屏障。 ·在每個volatile讀操作的後面插入一個LoadLoad屏障。 ·在每個volatile讀操作的後面插入一個LoadStore屏障。
從CPU執行角度講：
以上的內存屏障就會在執行時生成相應帶有Lock前綴的機器碼（全面已提及）。在CPU中，程序的執行計算是由CPU在不影響邏輯結果的前提下分配給不同的電路去處理邏輯，Lock指令前綴刷新回內存，必然是在此指令之前的運算全部計算完成之後，取得正確的結果才會刷新回內存的，所以這也形成了一道內存屏障，表示對該變量操作之前的操作不會亂序到其後，其後的操作不會亂序到之前。
綜上述，volatile的實現就是一個Lock指令前綴的作用。
使用注意事項
volatile雖然保證了可見性，但是它不保證原子性。
諸如i++之類的語句，在執行時的步驟：
- 從內存取值，放到CPU緩存中
- CPU中i+1
- 存在緩存中
- 刷新會內存
可見這這並不是單純的賦值操作，而是有在第4步完成之前，其他CPU內核是看不到數值變化的，而如果僅用volatile修飾的話，僅僅保證了第3部完成之後，會立即刷新回內存，但不會保證第2步計算與第3，4步的原子性。如果線程A計算+1之後，沒有刷回內存，線程B也+1，那麼最後的結果肯定是比期望的結果小的。所以在多線程操作++時，還是應該使用synchronized等同步操作保證原子性。
volatile比synchronized輕量，只保證可見性。正因如此，在java.util.concurrent中AQS使用了被volatile修飾的變量來標記狀態，實現了靈活多樣的各種鎖，補充了內置鎖synchronized的互斥等缺點。
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