轻量级同步机制：Java基础架构中的volatile

1、定义：JVM提供的轻量级同步机制，保证了可见性和有序性，不保证原子性。

2、内存模型

a、硬件层：CPU主要负责数据运算，内存主要负责数据和指令，CPU处理数据速度远远高于访问内存的速度，为了极大利用CPU的性能，芯片厂商在CPU里设计了多级缓存， 如图下所示：

1. 带来的问题是当某个CPU更新cache里的某值时，另一个CPU无法获取其最新值，导致缓存不一致。
2. 硬件层通过缓存一致性协议（如MESI）解决缓存不一致的问题。不同处理器实现了不同的缓存一致性协议。
3. 为了进一步提高性能，CPU增加了store buffer，导致了全局有序性遭到了破坏。
4. 硬件层为软件人员提供了内存屏障（lfence，sfence 和 mfence）保证全局有序性。

b、JVM层：JVM虚拟机规范中定义了Java内存模型来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。Java内存模型如下：

JVM提供了的内存屏障规范： LL，LS，SS，SL

针对关键字acc_volatile， JVM规定了SSL，LLS，禁止了volatile修饰的变量对应指令和接下来其他指令的重排序。

c、Java语言层： volatile， 字节码层：acc_volatile 。

3、volatile实现的底层原理

通过汇编指令可以看到，Hotspot因为mfence代价太高而没有采用，最终通过lock实现可见性和有序性。

1)、lock确保当缓存修改时会刷新到主内存，同时通知其他线程的缓存失效， 保证了可见性。

2)、lock指令本身即起到了内存屏障的作用，lock后面的指令不允许在lock前缀指令之前执行，从而保证了有序性。