volatile关键字以及MESI缓存一致性解析

线程的三大特性

1、 原子性：即一个线程的全部操作是原子性的，要么全部成功，要么全部失败。
2、 可见性：当多个线程同时操作一个数据时，如果其中一个线程对该值进行更新修改，其他的线程能同时对已读的该值进行更新为最新的值。
3、 有序性：一个线程中的操作是有序执行的，不会发生因为指令重排现象而导致得到的数据执行结果不一致。

Synchronized与lock锁都能保证一个时刻一个只有线程能够访问该资源，所以能保证线程的原子性，以及可见性和有序性。
Volatile 关键字可以保证线程的可见性和有序性，但不能保证其原子性。

Volatile关键字解析

Volatile 在汇编指令阶段加上了Lock前缀，然后通过底层的mesi协议来保证线程的可见性，通过内存屏障，禁止指令的重排优化，来保证线程的可见性。

指令重排：
jvm线程内部的执行顺序，只要其运行结果和顺序执行一致，指令的执行顺序可以与顺序执行不一致。

        c1 = 0; c2 = 0;
        d1 = 0; d2 = 0;
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                shortWait(10000);
                d1 = 1;
                c1 = d2;
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                d2 = 1;
                c2 = d1;
            }
        });

如上所示，最后c1和c2的结果会出现三种情况，但是以上三种情况都是在没有发生指令重排的情况下产生的。
那么问题来了，会不会出现C1和C2都是0的情况？
答案是肯定的。

这种情况就是指令重排造成的。

MESI缓存一致性解析

E:独占状态，只有一个线程访问该资源。
S:共享状态，有一个以上线程数同时访问该资源，此时该值为共享状态。
M:修改状态，如果有一个线程修改了多个线程共享的资源，那么，该线程会把此线程内的该值标记为修改状态，通知，通知其他共享了该值的线程，将其他的线程内的该值变为无效状态（I）。
I:无效状态，将该线程的值标记成无效状态，如果需要使用该值，需要重新到内存读取。

volatile为什么不能保证原子性：
当jvm执行i++操作时，如果将i++读到了寄存器中，此时变量i变成了无效状态，该线程的缓存行会重新从内存读取数据i，但是寄存器中的数据i并不会被更新，所以会导致寄存器中i的数据值不是最新值，则运算后的结果也会有误。
一个缓存行的数据是原子的，如果一个变量太大，一个缓存行放不下，则缓存一致性协议就会无法使用，此时会用弃用缓存一致性协议，使用总线锁。