volatile是輕量級的synchronized，它在多處理器開發(fā)中保證了共享變量的“可見性”，它比synchronized的使用開銷低因為，他不會引起線程上下文的切換。

1.volatile的定義與實現(xiàn)原理

Java語言提供了volatile，在某些情況下比鎖要更方便。如果一個字段被聲明成volatile，Java線程內(nèi)存模型確保所有線程看到這個變量的值是一致的。

CPU指令：

在X86處理器下通過工具獲取JIT編譯器生成的匯編指令來查看對volatile進行寫操作時，CPU會做什么事情。

代碼：instance ＝ new Singleton();? //instance是volatile變量。

匯編代碼： 0x01a3deld:movb $0X0,0X1104800(%esi);0x01a3de24:lock $0X0,(%esp);

有l(wèi)ock前綴在多核處理器下會引發(fā)兩件事。

1）將該處理器的該緩存行寫回到系統(tǒng)內(nèi)存中。

2）這個寫會內(nèi)存的操作會使其他處理器存儲了該地址數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)無效。

為了提高處理速度，處理器不直接和內(nèi)存進行通信，而是先將系統(tǒng)內(nèi)存的數(shù)據(jù)讀到內(nèi)部緩存（L1，L2或其他）后再進行操作，JVM就會向處理器發(fā)送一條Lock前綴的指令，將這個變量所在緩存行的數(shù)據(jù)寫回到系統(tǒng)內(nèi)存。但是，就算寫會到內(nèi)存，如果其他處理器緩存的值還是舊的，再執(zhí)行計算操作就會有問題。所以，在多處理器下，為了保證各個處理器的緩存是一致的，就會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，每個處理器通過嗅探在總線上傳播的數(shù)據(jù)來檢查自己的緩存的值是不是過期了，當處理器發(fā)現(xiàn)自己緩存行對應的內(nèi)存地址被修改，就會將當前處理器的緩存行設(shè)置成無效狀態(tài)，當處理器對這個數(shù)據(jù)進行修改操作的時候，會重新從系統(tǒng)內(nèi)存中把數(shù)據(jù)讀到處理器緩存里。

2.具體實現(xiàn)原則：

1）Lock前綴指令會引起處理器緩存回寫到內(nèi)存。Lock前綴指令導致在執(zhí)行指令期間，聲言處理器的LOCK＃信號。在多處理器環(huán)境中，LOCK＃信號確保在聲言該信號期間，處理器可以獨占任何共享內(nèi)存。但是在最近的處理器里，LOCK＃信號一般不鎖總線，而是鎖緩存，畢竟鎖總線開銷的比較大。鎖緩存的原理是，當訪問的內(nèi)存區(qū)域已經(jīng)緩存在處理器內(nèi)部，處理器會鎖定這塊內(nèi)存區(qū)域的緩存行并回寫到內(nèi)存，并使用緩存一致性機制來確保修改的原子性，緩存一致性機制會阻止同時修改由兩個以上處理器緩存的內(nèi)存區(qū)域數(shù)據(jù)。

2）一個處理器的緩存回寫到內(nèi)存會導致其他處理器的緩存無效。處理器使用嗅探技術(shù)保證它的內(nèi)部緩存、系統(tǒng)內(nèi)存和其他處理器的緩存的數(shù)據(jù)在總線上保持一致。例如P6 family處理器中，如果通過嗅探一個處理器來檢測其他處理器打算寫內(nèi)存地址,而這個地址當前處于共享狀態(tài)，那么正在嗅探的處理器將使它的緩存行無效，在下次訪問相同內(nèi)存地址時，強制執(zhí)行緩存行填充。

3.volatile的使用優(yōu)化

1）追加字節(jié)優(yōu)化性能：在JDK1.7的并發(fā)包里新增一個隊列集合類Linked-TransferQueue,它使用volatile變量時，用一種追加字節(jié)的方式來優(yōu)化隊列出隊和入隊的性能。

／＊＊隊列中的頭部節(jié)點＊／

private transient final PaddedAtomicReference<QNode> head;

／＊＊隊列中的尾部節(jié)點＊／

private transient final PaddedAtomicReference?tail;

static final class?PaddedAtomicReference <T> extends?AtomicReference <T>{

????//使用很多4個字節(jié)的引用追加到64個字節(jié)

? ? Object p0,p1,p2,p4,p5,p6,p7,p8,p9,pa,pb,pc,pd,pe;

? ??PaddedAtomicReference（T r）{

? ? ? ? super(r);

????}

}

public class?AtomicReference <V> implements java.io.Serializable {

? ? private volatile V value;

? ? //省略其他代碼。

}

上述類，他使用一個內(nèi)部類類型來定義隊列的頭節(jié)點和尾節(jié)點，而這個內(nèi)部類相對于父類AtomicReference只做了一件事情，就是將共享變量追加到64字節(jié)。因為對于很多的處理器來說，他們的高速緩存行L1、L2和L3是64字節(jié)寬，不支持部分填充緩存行。這意味著隊列的頭節(jié)點和尾節(jié)點都不足64字節(jié)的話，處理器會將它們都讀到同一個高速緩存行中，再多處理器下每個處理器都會緩存同樣的頭節(jié)點和尾節(jié)點，當一個處理器試圖修改頭節(jié)點時，會將整個緩存行鎖定，那么在緩存一致性機制的影響下，其他的處理器將不能訪問它們的尾節(jié)點，而隊列的入隊列和出隊列操作則需要不停的修改頭節(jié)點和尾節(jié)點，所以在多處理的情況下將會嚴重影響到隊列的入隊和出隊效率。追加到64字節(jié)的方式來填滿告訴緩沖區(qū)的緩存行，避免頭節(jié)點和尾節(jié)點加載到同一個緩存行，使頭、尾節(jié)點在修改時不會互相鎖定。

如果共享變量不被頻繁寫的話，鎖的幾率也非常小，就沒必要通過追加字節(jié)的方式來避免相互鎖定。

但是這種追加字節(jié)的方式在Java7下可能不生效，因為Java7變得更加智慧，他會淘汰或重新排列無用字段，需要使用其他追加字節(jié)的方式。