3.4 volatile的内存语义

3.4.1 volatile的特性

理解volatile特性的一个好方法是对volatile变量的单个读、写，看成是使用同一个锁对这些单个读、写操作做了同步。

class VolatileFeaturesExample{
    volatile long v1 = 0L;   //使用volatile声明64位的long型变量

    public void set(long l){
        v1 = l;              //单个volatile变量的写
    }
    public void getAndIncrement(){
        v1++;               //复合（多个）volatile变量的读、写
    }

    public long get(){
        return v1;          //单个volatile变量的读
    }
}

假设有多个线程分别调用上面程序的3个方法，这个程序在语义上和下面的程序等价。

class VolatileFeaturesExample(){
    long v1 = 0L;

    public synchronized void set(long l){   //对单个的普通变量的写用一个锁同步
        v1 = l;
    }

    public void getAndIncrement(){          //普通方法调用
        long temp = get();                  // 调用已经同步的读方法
        temp += 1L;                         // 普通的写操作
        set(temp);                          // 调用已经同步的写方法
    }

    public synchronzied long get(){
        return v1;
    }

}

简而言之，volatile变量自身具有如下特性：

1. 可见性：对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量的最后的写入
2. 原子性：对任意**单个**volatile变量的读、写具有原子性

3.4.2 volatile写-读建立的happens-before关系

从JSR-133(即JDK5开始)，volatile变量的读、写可以实现线程之间的通信。

如下代码：

class VolatileExample(){
    int a = 0;
    volatile boolean flag = false;

    public void writer(){
        a = 1;               // 1
        flag = true;         // 2
    }

    public void reader(){
        if(flag){            // 3
            int i = a ;      // 4 
            .....
        }
    }
}

假设线程A执行writer()方法之后，线程B执行reader()方法，其happens-before关系的图形化表现形式如下：

3.4.3 volatile写-读的内存语义

1. 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。
2. 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来从主内存中读取共享变量。

3.4.4 volatile内存语义的实现

为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。

3.4.5 JSR-133为什么要增强volatile的内存语义

为了提供一种比锁更轻量级的线程之间通信的机制

在功能上，锁比volatile更强大；在可伸缩性和执行性能上，volatile更有优势。