JUC整理笔记二之聊聊volatile

要想学好JUC，还得先了解 volatile 这个关键字。了解 volatile ，我们从一个例子开始吧。

本文不会很详细去说java内存模型，只是很简单地学习一下volatile

一个例子

package jfound.demo;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TaskRunner {
    private static boolean ready = true;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            while (ready) {
            }
        }).start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        ready = false;
    }
}

这个程序里面，新开一个线程，ready 初始化值为true, 线程里面是一个死循环，当 ready 修改为 false的时候，我们希望线程里面的死循环会结束，然后jvm会停止。

然后在这个例子里面，程序根本不会停止。但当 ready 被 volatile 关键字修饰的时候，程序符合我们预期，停止了。

....
private static volatile boolean ready = true;
...

CPU执行及缓存

CPU负责执行程序指令，但是他们需要从内存(RAM)中获取程序指令和所需要的数据。由于CPU每秒能执行大量的执行，如果每执行一次指令就从内存(RAM)中获取数据的话，显然是不够理想的，毕竟CPU与内存之间还是有一定的距离的。为了改善这种情况，CPU会有一系列的优化，例如指令重排序，当然，还有缓存。下图为CPU及内存层次的结构。

当CPU获取指令的时候，也会把指令所需要的数据读进CPU缓存中，当在某些时刻，通常是指令改变或者缓存失效时，CPU会重新从内存(RAM)中读取指令或数据。

在上面的例子中，新开的线程在做循环的时候，会读取 ready 变量到该线程所执行的CPU缓存中，当 main 线程修改 ready 变量为 false 的时候，是首先写在 main 线程所执行的CPU的缓存中，在某些时刻才会写入到内存(RAM)中。也就是说要让新开的线程停止的话，必须是 main 线程修改的变量写入到内存(RAM)中，而且新开的线程的所在的CPU缓存要失效，让其重新读取 ready 变量。然而，没有加 volatile 之前，main 线程并不会实时把变量 ready 写入到内存(RAM)中去，新开的线程也不会从内存中获取 ready 新的数据。

缓存一致性协议(MESI协议)

上述的问题就是大名鼎鼎的缓存不一致性的问题，也就是在并发编程中所要解决的主要问题之一。

在早期的CPU中，是通过在总线(上图中的Bus)上加LOCK#的形式来解决缓存不一致的问题，当加上总线锁的时候，加锁的CPU就独占内存，其他CPU就不能读取内存，也就是不能执行指令，只能乖乖等待锁释放，这样的总线锁效率很低，不过是能解决了缓存不一致的问题。

为了提高效率，就出现了缓存一致性协议。缓存一致性是为了保证每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的，它的核心思想是：当CPU写数据时，如果发现该操作的变量是共享变量，即使在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出通知，让其他CPU该变量的缓存行置为无效状态，因此即使其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中的该变量的缓存行无效了，那么就会从内存中重新读取。

MESI全名是Modified、Exclusive、 Share or Invalid，使每一个缓存行可能处于M、E、S和I这四种状态之一，