volatile的应用

CPU缓存

由于CPU和内存的速度差异太大，如果CPU直接访问内存会大大降低CPU的吞吐量，为了解决这个问题，在CPU内部加入了三级缓存L1、L2、L3，其中L1、L2是每个CPU独有的，L3是所有CPU共享的。

CPU读取数据时先从系统内存加载到缓存中，再从缓存中加载到寄存器进行运算，写数据流程相反。

研究表明，CPU读取一个数据后往往会读取附近的数据，因此，为了提高CPU缓存的命中率，CPU缓存的最小单位是缓存行而不是字节（现在的处理器缓存行大小大多是64字节）。
（具体介绍可阅读文末参考资料）

volatile的实现原理

volatile修饰的共享变量在进行写操作时会添加一条Lock前缀指令，该指令会触发两个操作

• ① 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存
• ② 这个写回内存的操作会使其他CPU里缓存了该共享变量的数据无效

假设系统内存中有一个共享变量a=0，CPU1和CPU2分别缓存了该变量，CPU1在本地缓存中把a修改为1，然后写回主存（上面的①），CPU2通过嗅探技术发现a被修改了，会把自己缓存中的a置为无效（上面的②），CPU2下次想对a进行操作时会重新从主存中读取新的值，并缓存到本地。

volatile使用优化

当一个处理器修改数据时，会将整个缓存行锁定，这样其他处理器就不能访问该缓存行中的其他数据。这里假定缓存行大小为64字节，我们可以通过追加字节的形式把共享变量追加到64字节，这样就能让不同的数据分别在不同的缓存行，充分发挥出多处理器的性能。

synchronized的实现原理与应用

待续。。。

原子操作的实现原理

参考资料

• 《Java并发编程的艺术》
• 「计算机原理」| CPU 缓存 & 缓存一致性 & 伪共享

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