上篇博文从内存可见性看Volatile、原子变量和CAS算法提到了volatile保证内存可见性和CAS算法。本篇博文着重学习volatile的底层实现原理。
【1】回顾volatile
volatile相当于是轻量级的synchronized。如果一个变量使用volatile，则它比使用synchronized的成本更加低，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。
通俗点讲就是说一个变量如果用volatile修饰了，则Java可以确保所有线程看到这个变量的值是一致的，如果某个线程对volatile修饰的共享变量进行更新，那么其他线程可以立马看到这个更新，这就是所谓的线程可见性(内存可见性)。
【2】计算机的CPU，主存，和高速缓存
计算机在运行程序时，每条指令都是在CPU中执行的，在执行过程中势必会涉及到数据的读写。我们知道程序运行的数据是存储在主存中，这时就会有一个问题，读写主存中的数据没有CPU中执行指令的速度快，如果任何的交互都需要与主存打交道则会大大影响效率，所以就有了CPU高速缓存（实际上是一个多级寄存器）。CPU高速缓存为某个CPU独有，只与在该CPU运行的线程有关。如图：
有了CPU高速缓存虽然解决了效率问题，但是它会带来一个新的问题：数据一致性。
在程序运行中，会将运行所需要的数据复制一份到CPU高速缓存中，在进行运算时CPU不再也主存打交道，而是直接从高速缓存中读写数据，只有当运行结束后才会将数据刷新到主存中。
举一个简单的例子：i++操作。
这种操作在单CPU是没问题的，但是现在都是多核多CPU多线程的时代，那么当他们都同时进行i++操作，那么就有问题了。所以硬件厂商要想办法解决这个问题，所以有了两个解决缓存一致性的方案（即在多CPU下，如何保证原子性）：
- 通过在总线加LOCK#锁的方式
- 通过缓存一致性协议
抽象图示如下：
注意：这部分内容可类比java内存模型JMM。
但是方案1存在一个问题，它是采用一种独占的方式来实现的，即总线加LOCK#锁的话，只能有一个CPU能够运行，其他CPU都得阻塞，效率较为低下。
第二种方案，缓存一致性协议（MESI协议）它确保每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。其核心思想如下：当某个CPU在写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，则会通知其他CPU告知该变量的缓存行是无效的，因此其他CPU在读取该变量时，发现其无效会重新从主存中加载数据。
【3】volatile原理
加了volatile修饰符的共享变量之所以能在线程之间保证可见性，是因为该变量加了基于CPU的内存屏障指令，被JSR-133的java内存模型抽象为happens-before原则。
观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令。这个指令就相当于一个内存屏障。
具体表现为：
- 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立即刷新到主内存中。
- 当读一个 volatile 变量时，JMM 会把该线程对应的本地内存设置为无效，直接从主内存中读取共享变量
从而保证了，如果某个线程对volatile修饰的共享变量进行更新，那么其他线程可以立马看到这个更新，这就是所谓的线程可见性。