目录：

• 计算机硬件系统架构演进（缓存一致性问题）
  • 为何演进，如何演进
  • 演进后导致了什么问题
  • 如何解决
• JVM如何解决缓存一致性问题
  • 如何解决
  • volatile内存语意含义
  • volatile原理

计算机硬件系统架构演进（缓存一致性问题）

1、为何演进，如何演进。

计算机在运行程序的时，每条指令都是在CPU中执行，在执行的过程中势必会涉及到数据的读写。

而程序运行的数据时存储在主内存中的，也就是我们常说的内存，那么此时就会有一个问题：

• CPU执行速度过快，内存执行速度较之较慢。
• 若任何交互都需要与主内存打交道的话，这会大大降低CPU执行的效率。

解决办法：

• CPU高速缓存诞生。
• CPU高速缓存只为某个CPU独有，只与在该CPU运行的线程有关。

这样CPU不必与执行速度较之较慢的主内存打交道，而是和运行速度快的CPU高速缓存打交道，这样充分利用了CPU的高效性能。

———————————————————————————————————————————————————————

2、演进后导致了什么问题，如何解决的

硬件的演进使用了CPU高速缓存，这在单线程中的确是没问题的，但在多线程中便会导致缓存一致性的问题。

如i++;这段代码：

• 先从主内存中取出i的值。
• 然后复制一份到CPU高速缓存中，CPU执行+1操作。
• 再然后将+1后的结果写回CPU高速缓存。
• 最后刷新到主内存中。

此时有两个线程都这样操作，那预期i的值应该是3。

两个线程并发操作，会导致如下结果：

• 两个线程分别从主内存中读取i的值到各自的高速缓存中。
• 此时线程A先执行完，将结果2更新到主内存中。
• 然后线程B后执行完，又将主内存中的值更新为2.
• 所有当A、B两个线程执行完后，结果并不为3，而是2。

———————————————————————————————————————————————————————

3、如何解决

• 主线上加锁。
• 缓存一致性协议。

加锁的方式通过独占来实现，只有一个CPU能执行，效率极为低下，不推荐使用。所以一般会采用缓存一致性协议来实现，【窥探技术+MESI协议】。

窥探技术：

• 既然多核CPU发生缓存一致性的问题是不能共享主内存拿到的数据，那么我就共享数据。
• 将所有内存传输都放到一条共享总线上，所有CPU都能看到这条总线上的数据。
• 并且谁修改了后都通知其它CPU。

MESI协议：

• M：modify（修改），E：exclusive（独占），S：shared（共享），I：invalid（失效）。
• 当缓存处于E或M时，CPU才能去写。
• 如果CPU要执行写操作的话，需要向总线发送一条我要独占的请求，此时会通知其它CPU，你们的缓存是I（invalid）状态了。

JVM如何解决缓存一致性问题

因JVM是硬件层次之上的，所以需要解决缓存一致性问题。

1、如何解决：通过volatile关键字。

• volatile的作用是保证共享变量的可见性，不能保证原子性，也不能保证线程安全。
• volatile的作用是确保所有线程在同一时刻读取到的共享变量的值是一致的。
• 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刻看到这个更新。

2、volatile内存语意含义

volatile可以保证线程可见性且提供了一定的有序性，但是无法保证原子性。

在JVM底层volatile是采用内存屏障来实现的。

上面那段话，有两层语义

• 保证可见性、不保证原子性（再次重声，仅仅保证可见性）。
• 禁止指令重排序。

3、volatile原理

JVM底层是通过一个叫做内存屏障的东西来完成。

内存屏障，也叫做内存栅栏，是一组处理器指令，用于实现对内存操作的顺序限制。

下面是完成上述规要求的一些规则，在NO的地方就是需要用内存屏障来控制的。

也就是操作只要带有volatile，都需要内存屏障来控制。

读：Load，写：Store；再配合上图就很好记了。

并发编程学习笔记（八、volitile）

原文：https://www.cnblogs.com/bzfsdr/p/12496280.html