1. 現(xiàn)代CPU Cache結(jié)構(gòu)
1.1 緩存的主要作用
現(xiàn)代多核CPU為了提升處理速度，都會(huì)將需要的數(shù)據(jù)從內(nèi)存拷貝到各自的緩存中（L1，L2），然后在各自的緩存中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。
1.2 緩存的作用范圍
L1，L2 是CPU中每個(gè)核私有的，用于備份各自所需要的數(shù)據(jù)。L3 Cache是CPU每個(gè)核共享的。
1.3 緩存的寫入模式
寫回（write-back）模式：各個(gè)核每次修改自己緩存中的數(shù)據(jù)后不會(huì)立即寫回到內(nèi)存，而是等到一定合適的時(shí)間才寫回到內(nèi)存。
直寫（write-through）模式：各個(gè)核每次修改自己緩存中的數(shù)據(jù)后會(huì)立即寫回到內(nèi)存。
1.4 緩存的一致性
無論哪種寫入模式，試想，如果多個(gè)核都從內(nèi)存緩存了一份相同的數(shù)據(jù)，而此時(shí)有一個(gè)核將自己緩存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，其他核緩存中的數(shù)據(jù)卻依然是修改之前的數(shù)據(jù)，這就造成了各個(gè)核之間緩存數(shù)據(jù)的不一致，而我們所期望的是各個(gè)核緩存之間的數(shù)據(jù)可以同步，為了達(dá)到同步的目的，各個(gè)核的緩存需要共同遵守一份協(xié)議，保證修改共享數(shù)據(jù)的時(shí)候可以通知其他緩存，這就是CPU的緩存一致性協(xié)議。
緩存一致性協(xié)議有多種，但是基本上都是基于MESI協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展的，詳細(xì)的內(nèi)容可以查閱相關(guān)文檔了解。
2. volatile的實(shí)現(xiàn)原理
2.1 可見性
可見性，即一個(gè)線程修改一個(gè)共享變量時(shí)，其他線程可以獲取到修改后的值。JVM的實(shí)現(xiàn)中，volatile共享變量的寫操作會(huì)向處理器發(fā)送一條Lock指令，聲言使用直寫模式，在CPU緩存一致性協(xié)議的保證下實(shí)現(xiàn)volitile共享變量的可見性。
簡單來講，多核環(huán)境下，對(duì)volatile共享變量進(jìn)行寫操作會(huì)將緩存的結(jié)果直接寫回到內(nèi)存中，在緩存一致性協(xié)議下，其他核會(huì)對(duì)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一直進(jìn)行窺探，即監(jiān)測(cè)其他核對(duì)緩存數(shù)據(jù)的操作。因此，volatile共享變量寫回內(nèi)存的操作會(huì)被其他核監(jiān)測(cè)到，此時(shí)這些核會(huì)將自己緩存中的數(shù)據(jù)設(shè)為無效狀態(tài)，當(dāng)需要對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改操作的時(shí)候會(huì)重新從內(nèi)存中讀取，這樣就達(dá)到了volatile修飾變量的可見性。
2.1 原子性
volatile修飾的變量無論是讀還是寫操作，都是具備原子性的，可以理解為使用了鎖：
volatile int value = 1;
public void set(int value) {
this.value = value;
}
public void get() {
return this.value;
}
int value = 1;
public synchronized void set(int value) {
this.value = value;
}
public synchronized int get() {
return this.value;
}
這意味著多線程環(huán)境下任何一個(gè)線程讀取到的volatile修飾的共享變量都是當(dāng)前的最新值，不會(huì)存在差異性。
但是有一點(diǎn)需要注意，volatile只是保證了讀/寫的原子性，復(fù)合的volatile操作并不保證原子性，例如：
volatile int value = 1
public void set(int value) {
this.value = value++;
}
因?yàn)関alue++這個(gè)操作可以分為三個(gè)步驟，首先，讀取value的值，其次，
進(jìn)行自增操作，最后，將結(jié)果寫入內(nèi)存。需要知道這三個(gè)操作volatile并不能保證原子性，即只能保證讀取到的value是最新值，如果此時(shí)該處理器讀取value之后由于某些原因阻塞，而此時(shí)其他處理器剛好對(duì)value進(jìn)行了修改，這個(gè)時(shí)候之前的處理器進(jìn)行計(jì)算時(shí)還是使用之前讀取到的value，這樣就造成了錯(cuò)誤的處理結(jié)果。
