前言
Java提供了volatile關鍵字來保證可見性。當一個共享變量被volatile修飾時，它會保證修改的值會立即被更新到主存，當有其他線程需要讀取時，它會去內存中讀取新值。而普通的共享變量不能保證可見性，因為普通共享變量被修改之後，什麼時候被寫入主存是不確定的，當其他線程去讀取時，此時內存中可能還是原來的舊值，因此無法保證可見性。另外，通過synchronized和Lock也能夠保證可見性，synchronized和Lock能保證同一時刻只有一個線程獲取鎖然後執行同步代碼，並且在釋放鎖之前會將對變量的修改刷新到主存當中。因此可以保證可見性。
準備：
計算機在執行程序時，每條指令都是在CPU中執行的，而執行指令過程中，勢必涉及到數據的讀取和寫入。由於程序運行過程中的臨時數據是存放在主存（物理內存）當中的，這時就存在一個問題，由於CPU執行速度很快，而從內存讀取數據和向內存寫入數據的過程跟CPU執行指令的速度比起來要慢的多，因此如果任何時候對數據的操作都要通過和內存的交互來進行，會大大降低指令執行的速度。因此在CPU裡面就有了高速緩存。也就是，當程序在運行過程中，會將運算需要的數據從主存複製一份到CPU的高速緩存當中，那麼CPU進行計算時就可以直接從它的高速緩存讀取數據和向其中寫入數據，當運算結束之後，再將高速緩存中的數據刷新到主存當中。舉個簡單的例子，比如下面的這段代碼：
i = i + 1;
當線程執行這個語句時，會先從主存當中讀取 i 的值，然後複製一份到高速緩存當中，然後CPU執行指令對i進行加1操作，然後將數據寫入高速緩存，最後將高速緩存中i最新的值刷新到主存當中。這個代碼在單線程中運行是沒有任何問題的，但是在多線程中運行就會有問題了。在多核CPU中，每條線程可能運行於不同的CPU中，因此每個線程運行時有自己的高速緩存（對單核CPU來說，其實也會出現這種問題，只不過是以線程調度的形式來分別執行的）。本文我們以多核CPU為例。
比如同時有2個線程執行這段代碼，假如初始時i的值為0，那麼我們希望兩個線程執行完之後i的值變為2。但是事實會是這樣嗎？
可能存在下面一種情況：初始時，兩個線程分別讀取i的值存入各自所在的CPU的高速緩存當中，然後線程1進行加1操作，然後把i的最新值1寫入到內存。此時線程2的高速緩存當中i的值還是0，進行加1操作之後，i的值為1，然後線程2把i的值寫入內存。
最終結果 i 的值是1，而不是2。這就是著名的緩存一致性問題。通常稱這種被多個線程訪問的變量為共享變量。
也就是說，如果一個變量在多個CPU中都存在緩存（一般在多線程編程時才會出現），那麼就可能存在緩存不一致的問題。
為了解決緩存不一致性問題，通常來說有以下2種解決方法：
- 1）通過在總線加LOCK#鎖的方式
- 2）通過緩存一致性協議
這2種方式都是硬件層面上提供的方式。
在早期的CPU當中，是通過在總線上加LOCK#鎖的形式來解決緩存不一致的問題。因為CPU和其他部件進行通信都是通過總線來進行的，如果對總線加LOCK#鎖的話，也就是說阻塞了其他CPU對其他部件訪問（如內存），從而使得只能有一個CPU能使用這個變量的內存。比如上面例子中 如果一個線程在執行 i = i +1，如果在執行這段代碼的過程中，在總線上發出了LCOK#鎖的信號，那麼只有等待這段代碼完全執行完畢之後，其他CPU才能從變量i所在的內存讀取變量，然後進行相應的操作。這樣就解決了緩存不一致的問題。
但是上面的方式會有一個問題，由於在鎖住總線期間，其他CPU無法訪問內存，導致效率低下。
所以就出現了緩存一致性協議。最出名的就是Intel 的MESI協議，MESI協議保證了每個緩存中使用的共享變量的副本是一致的。它核心的思想是：當CPU寫數據時，如果發現操作的變量是共享變量，即在其他CPU中也存在該變量的副本，會發出信號通知其他CPU將該變量的緩存行置為無效狀態，因此當其他CPU需要讀取這個變量時，發現自己緩存中緩存該變量的緩存行是無效的，那麼它就會從內存重新讀取。
併發編程中的三個概念
- 1.原子性
- 原子性：即一個操作或者多個操作 要麼全部執行並且執行的過程不會被任何因素打斷，要麼就都不執行。
- 2.可見性
- 可見性是指當多個線程訪問同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。
- 3.有序性
有序性：即程序執行的順序按照代碼的先後順序執行。
個人理解：
如何實現可見性 ？？？內存屏障
內存屏障（memory barrier） 是一個CPU指令。基本上，它是這樣一條指令： a) 確保一些特定操作執行的順序； b) 影響一些數據的可見性(可能是某些指令執行後的結果)。編譯器和CPU可以在保證輸出結果一樣的情況下對指令重排序，使性能得到優化。插入一個內存屏障， 相當於告訴CPU和編譯器先於這個命令的必須先執行，後於這個命令的必須後執行。內存屏障另一個作用是強制更新一次不同CPU的緩存。例如，一個寫屏障會 把這個屏障前寫入的數據刷新到緩存，這樣任何試圖讀取該數據的線程將得到最新值，而不用考慮到底是被哪個cpu核心或者哪顆CPU執行的。
內存屏障和volatile什麼關係？上面的虛擬機指令裡面有提到，如果你的字段是volatile，Java內存模型將在寫操作後插入一個寫屏障 指令，在讀操作前插入一個讀屏障指令。這意味著如果你對一個volatile字段進行寫操作，你必須知道：1、一旦你完成寫入，任何訪問這個字段的線程將 會得到最新的值。2、在你寫入前，會保證所有之前發生的事已經發生，並且任何更新過的數據值也是可見的，因為內存屏障會把之前的寫入值都刷新到緩存。
明白了內存屏障這個CPU指令，回到前面的JVM指令：從Load到store到內存屏障，一共4步，其中最後一步jvm讓這個最新的變量的值在所有線程可見，也就是最後一步讓所有的CPU內核都獲得了最新的值，但中間的幾步（從Load到Store）是不安全的，中間如果其他的CPU修改了值將會丟失。
所以volatile不能保證i++操作的原子性、一致性，某些場景下也得加 同步鎖才行
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