第二章 Java并发机制的底层实现原理（一）
这一章有三个内容，volatile的应用，synchronized的实现原理与应用，和原子操作的实现原理，我想分开说，这次先写volatile的相关内容。
volatile实现原理
保证可见性，不能保证原子性
首先提一下缓存，一般来说，对于存储设备，相同的造价，存储空间和读写速度是呈反相关的，因此存储设备会根据需求来设计偏向，通俗一点说就是，在计算机中，机械硬盘主要提供大容量的存储，因此读写性能较低，内存主要提供性能，因此容量相对于硬盘较小，但速度更快一些，CPU只与内存进行数据和指令的交互，内存中没有被需要的数据时会加载硬盘中的数据。此外还有多级缓存，读写速度更快，但容量也更小，一般只有几M，甚至只有多少K，缓存里面存储的是计算机中最常用的数据，这里有一个命中率的概念，计算机在缓存中读写数据的次数占总次数的比率越大，缓存命中率就越高。
这就引出另一个问题了，缓存里的数据何时写入到主存中去？如果每次更新都写入主存（全写法），那么缓存的意义也就失去了大半，如果不能及时写入主存（写回法：该行缓存数据换出时写入），那么其他的进程/线程使用时就有可能得不到最新的数据，针对这个问题解决的方法是写一次法，是上面两种方法的折中，不过我的目的引入这个概念，对这个方法也不太了解，因此先不做探讨。
那么返回来看volatile的实现原理就简单多了，每个线程也是有各自的缓存的，用volatile修饰的变量，经某线程修改后会立即由缓存写入主存，同时通知其他线程缓存中的变量失效，强制让它们下次使用时从主存中重新读取，从而保证了变量的状态在所有线程中是唯一的，也就是保证了可见性。
Java语言规范第3版中对volatile的定义如下：
Java编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致地更新，线程应该确保通过排他锁单独获得这个变量。Java语言提供了volatile，在某些情况下比锁要更加方便。如果一个字段被声明成volatile，Java线程内存 模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。
volatile的实现过程
首先将java代码转为汇编代码，可知volatile修饰的变量进行写操作的时候，后面会多一行lock开头的汇编代码。
这个lock前缀指令就是用来实现volatile的功能的，具体分两步：
lock指令发出信号，锁住缓存，并将其写回内存，保证修改的原子性；
处理器使用MESI控制协议去维护内部缓存和其他处理器缓存的一致性，如果通过嗅探一个处理器来检测其他处理器打算写内存地址，而这个地址当前处于共享状态，那么正在嗅探的处理器将使它的缓存行无效，在下次访问相同内存地址时，强制执行缓存行填充。
volatile的使用优化
著名的Java并发编程大师Doug lea在JDK 7的并发包里新增一个队列集合类LinkedTransferQueue，它在使用volatile变量时，用一种追加字节的方式来优化队列出队和入队的性能。追加到64字节，能提高并发编程的效率，因为对于一些处理器来说，一个缓存行是64个字节宽，这样如果队列头节点和尾节点都不足64字节的话，处理器会将其读取到一个缓存行里，当处理器试图修改头节点时，lock指令会锁定整个缓存行，这会严重影响到入队和出队的效率，因此追加到64字节以保证头节点和尾节点不在一个缓存行内，就能提高并发效率。
但是这对于某些缓存行为32字节的处理器就不适用，而且如果共享变量不会被频繁的修改，这样的优化也带不来多大的收益。
volatile不保证原子性
说到底，volatile毕竟不是一个锁，以下一个例子能证明其不具有原子性。
volatile int test = 1;
test++;第二行代码在处理过程中会分成三步，读取test-->修改test的值为原test+1-->存入test，得证。