手写Demo体验volatile可见性的作用

        volatile是java的关键字，作用：①保证线程间的可见性；②防止指令重排。下面看一个demo，启动2个线程，一个线程读取flag变量的值，另外一个线程修改flag变量的值。

public class VolatileDemo {
    private static int flag = 0;
    //private volatile static int flag = 0;
 
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                int localFlag = flag;
                while (true){
                    if (localFlag != flag){
                        System.out.println("读取到被修改的flag值为:"+flag);
                        localFlag = flag;
                    }
                }
            }
        }.start();
        
        new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                int localFlag = flag;
                while (true){
                    System.out.println("flag被修改为了:"+ ++localFlag);
                    flag = localFlag;
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                
            }
        }.start();
    }
}

        执行2遍，区别是否有volatile的修饰，执行结果如下。

        为什么使用volatile关键字，就能保证线程之间变量的可见性？它是如何做到的？如下图是该例的java内存模型。其实java内存模型的实现，是参考了CPU缓存模型。CPU缓存不一致的问题，早期是用总线加锁机制来实现，但是效率太差，很容易出现串行化的问题。

        后来常用MESI协议：MESI（Modified Exclusive Share Invalid）（也称伊利诺斯协议）是一种广泛使用的支持写回策略的缓存一致性协议，该协议被应用在 Intel 奔腾系列的 CPU 中。当一个 CPU 修改了 高速缓存中的数据，会通知其他缓存了这个数据的 CPU，其他 CPU 会把 自己高速缓存 中这份数据置为无效，要读取数据的话，直接去内存中获取，不会再从缓存中获取了。

        如下图java内存模型：线程的工作内存和主内存，read（从主存读取），load（将主存读取到的值写入工作内存），use（从工作内存读取数据来计算），assign（将计算好的值重新赋值到工作内存中），store（将工作内存数据写入主存），write（将store过去的变量值赋值给主存中的变量）。

        那volatile到底是如何保证可见的？对volatile修饰的变量，执行写操作的话，jvm会往CPU发送一条lock前缀的指令，CPU计算完成后会立即将这个值写回主内存。同时因为有MESI缓存一致性协议，所以各个CPU都会对总线进行嗅探，自己本地缓存中的数据是否被别人修改。如果发现别人修改了某个缓存数据，那么CPU就会将自己本地缓存中的数据过期掉，然后这个CPU上的线程再执行该缓存数据时，会从主内存加载最新的数据。