线程间的可见性

多线程为了提高效率，在线程本地缓存数据，造成数据修改线程间不可见，而被volatile修饰的内存，只要有修改，马上同步涉及到的每个线程

public class HelloVolatile {// 对比一下有无volatile的情况下，整个程序运行结果的区别private static /*volatile*/ boolean running = true;private static void m() {System.out.println("m start");while (running) {//System.out.println("hello");}System.out.println("m end!");}public static void main(String[] args) {new Thread(HelloVolatile::m, "t1").start();SleepHelper.sleepSeconds(1);running = false;}
}

在上面的代码中，running是存在于堆内存的t对象中

• 当线程t1开始运行的时候，会把running值从内存中读到t1线程的工作区，在运行过程中直接使用这个copy，并不会每次都去读取堆内存，这样，当主线程修改running的值之后，t1线程感知不到，所以不会停止运行

• 使用volatile，将会强制所有线程都去堆内存中读取running的值

• volatile并不能保证多个线程共同修改running变量时所带来的不一致问题，也就是说volatile不能替代synchronized

缓存行对齐

为了提高线程缓存和内存之间数据交互的效率，所以要使用缓存行。cpu将数据加载到缓存中的最小数据单位是行，缓存中也是以缓存行为单位进行存储的

缓存行越大，局部性空间效率越高，但读取时间慢；缓存行越小，局部性空间效率越底低，但读取时间快。目前采用最多的是折中值，即64字节

缓存行的最低容量限制带来了一个问题，就是伪共享问题。位于同一缓存行的两个不同数据，被两个不同CPU锁定，产生互相影响的伪共享问题，比如xy位于同一缓存行，C1(CPU1)只用x，C2只用2，但是更新读取数据都是以整个缓存行为单位，所以即使仅仅只是改了缓存行中的一条数据，但更新的是整个缓存行，一个CPU更新缓存行之后另一个又要重新读取，这就是缓存行的伪共享

要解决这个问题，可以让x和y不在同一个缓存行里就行，这就是缓存行对齐

用一个demo来演示一下缓存行对齐和缓存一致性协议对效率的影响

public class CacheLinePadding {public static long COUNT = 10_0000_0000L;private static class T {// 7个long类型56byte，加上x正好是一个缓存行的长度private long p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7;public long x = 0L; //8bytes// 作用同上，补齐缓存行private long p9, p10, p11, p12, p13, p14, p15;}public static T[] arr = new T[2];static {arr[0] = new T();arr[1] = new T();}public static void main(String[] args) throws Exception {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);Thread t1 = new Thread(() -> {for (long i = 0; i < COUNT; i++) {arr[0].x = i;}latch.countDown();});Thread t2 = new Thread(() -> {for (long i = 0; i < COUNT; i++) {arr[1].x = i;}latch.countDown();});final long start = System.nanoTime();t1.start();t2.start();latch.await();System.out.println((System.nanoTime() - start) / 100_0000);}
}

上述代码中，两个线程分别对数组元素T对象中的x变量进行修改，如果注掉上下两行long类型的变量，当两个线程执行完时打印耗时784，而如果放开这两行代码，则耗时236，这是为什么呢？

考虑一下，如果把这两行填充代码去掉，那么arr[0].x和arr[1].x，我们暂且叫x1和x2吧，他俩大概率是位于同一缓存行的。由于上面提到的伪共享问题，t1线程只修改了x1，t2线程只修改了x2，但他们都会以整个缓存行为单位进行更新和读取，既然同一缓存行的数据在两个线程中都存在，那么势必要有某种机制，当t1线程修改完缓存行时要通知t2线程，这种机制就是缓存一致性协议。

那为什么在x前后加了无意义填充效率会高呢，因为两个线程在初始化变量x时，不管在x前面还是后面的数据都会和x组成一个完整的缓存行，这样就能保证两个线程修改各自的x时，x所在的缓存行中没有其他线程需要的数据，修改不用通知其他线程，其他线程也不用同步，省去了缓存一致性协议的要求，所以效率提高了

实际上，这种对齐方式在一些框架源码中是有运用的，如LinkedBlockingQueue及Disruptor框架中

volatile的作用

保证线程可见性

大家知道java里面是有堆内存的，堆内存是所有线程共享里面的内存，除了共享的内存之外呢，每个线程都有自己的专属的区域，都有自己的工作内存，如果说在共享内存里有一个值的话，当我们线程，某一个线程都要去访问这个值的时候，会将这个值copy一份，copy到自己的这个工作空间里头，然后对这个值的任何改变，首先是在自己的空间里进行改变，什么时候写回去，就是改完之后会马上写回去。什么时候去检查有没有新的值，也不好控制。

在这个线程里面发生的改变，并没有及时的反应到另外一个线程里面，这就是线程之间的不可见 ，对这个变量值加了volatile之后就能够保证 一个线程的改变，另外一个线程马上就能看到。

禁止指令重排序

禁止指令重排序属于线程有序性特性中的内容，下篇再聊