《Java并发编程实战》一书在“线程安全”部分，指出了volatile关键字在“多线程下变量的安全发布”方面有很好的性能表现，但并没有具体解释。所以我搜集一些资料，并记录在这里。

volatile的作用

当一个变量用volatile声明之后：

  1. 这个变量的最新修改总可以保证被任何一个线程读取到，保证了变量修改的及时发布。因为，这个变量的读写是从内存操作的，而不是CPU缓存。

  2. 在JVM执行读写这个变量的语句前后，代码不会被重排序。在执行读或写操作之前的所有代码都会执行完毕之后，才会执行读写操作，再然后才会执行后续的代码。当然了，之前的代码或者之后的代码各自有可能重排序，但是相互之间不会。

JVM实现细节

不同构架的CPU会有不同的重排序特性。

常见的X86构架处理器，只“会对写-读操作进行重排序”，而“不会对读-读，读-写和写-写操作做重排序”。因此，在JVM编译的时候，会在volatile变量写操作之后，添加一条Lock前缀指令。

Lock前缀实现了类似(内存屏障)的能力.

  1. 它先对总线/缓存加锁，然后执行后面的指令，最后释放锁后会把高速缓存中的脏数据全部刷新回主内存。
  2. 在Lock锁住总线的时候，其他CPU的读写请求都会被阻塞，直到锁释放。Lock后的写操作会让其他CPU相关的cache line失效，从而从新从内存加载最新的数据。这个是通过缓存一致性协议做的。

Lock前缀指令，会引起处理器缓存回写到内存。同时根据MESI缓存一致性协议，处理器将该缓存标记为“脏”。一旦另一颗核心读取到相应的本地缓存时，发现为“脏”，就会去内存重新读取最新值。

volatile的使用注意事项

可以看出来，volatile变量执行写操作的时候，因为内存屏障会产生更多的开销。

而且volatile只保证对变量的读或写操作的原子性。复合操作的原子性需要使用原子类、synchronized、锁结构等来实现。

参考资料

  1. 聊聊并发（一）——深入分析Volatile的实现原理
  2. 深入理解Java内存模型（四）——volatile
  3. 聊聊高并发（三十五）Java内存模型那些事（三）理解内存屏障
  4. Java并发编程：volatile关键字解析
  5. Java并发：volatile内存可见性和指令重排

延伸阅读

  1. 内存屏障与JVM并发
  2. Linux内核的内存屏障
  3. 正确使用 Volatile 变量