在阅读java中volatile的要害词语义时，发明许多书中都利用了重排序这个词来描写，同时又讲到了线程事情内存和主存等等相关常识。可是只用那些书的抽象界说举办领略时老是感受什么处所说不通，最后发明，是那些书中利用的抽象屏蔽了一些对读者的常识点，反而导致了领略上的坚苦。因此有了这篇文章。没有任何虚构的领略抽象，从硬件的角度来领略什么是内存屏障，以及内存屏障如何让volatile事情。最后说明白在多线程中，如何利用volatile来晋升机能。

存储布局

在计较机之中，昆山软件公司，存在着多级的存储布局。这是为了适应差异硬件速度带来的差别。底层是主存（也就是内存），容量最大，速度最慢；中间是cpu的缓存（现代cpu都有多级缓存布局，级别越高速度越慢，可是可以将多级缓存当作是一个整体），容量较小，可是速度很快；最上层是cpu自身的store buffer和Invalidate Queues，速度最快，容量很是少。个中主存和cpu缓存的数据视图对付每一个cpu都是沟通的，也就是说在这个级别上，每个cpu都看到了沟通的数据，而store buffer和Invalidate Queues是每一个cpu私有的。这就导致了一系列的编程问题，下文会具体展开。

CPU缓存

Cpu为了均衡自身处理惩罚速渡过快和主存读写速渡过慢这个问题，利用了缓存来存储处理惩罚中的热点数据。cpu需要处理惩罚数据的时候（包括读取和写出），都是直接向缓存发出读写指令。假如数据不在缓存中，则会从主存中读取数据到缓存中，再做对应的处理惩罚。需要留意的是，cpu读取数据到缓存中，是牢靠长度的读取。也就是说cpu缓存是一行一行的载入数据进来。因为也称之为cpu缓存行，即cacheline。而缓存中的数据，也会在符合的时候回写到主存傍边（这个机缘可以抽象的认为是由cpu自行抉择的）。

此刻的cpu都是多核cpu，为了在处理惩罚数据的时候保持缓存有效性，因此一个cpu需要数据并且该数据不在自身的cache中的时候，会同时向其他的cpu缓存和主存求取。假如其他的cpu缓存中有数据，则利用该数据，这样就担保了不会利用到主存中的错误的尚未更新的旧数据。

而各个cpu的内部缓存依靠MESI缓存一致性协议来举办协调。以此担保各个Cpu看到的内容是一致的。

Store buffer

假如一个Cpu要写出一个数据，可是此时这个数据不在本身的cacheline中，因为cpu要向其他的cpu缓存发出read invalidate动静。期待其他的cpu返回read response和invalidate ack动静后，将数据写入这个cacheline。这里就存在着时间的挥霍，因为不管其他的cpu返回的是什么数据，本cpu都是要将它包围的。而在期待的这段时间，cpu无事可干，只能空转。为了让cpu不至于空闲，因为设计了store buffer组件。store buffer是每个cpu独享的写入缓存空间，用于存储对cacheline的写入，并且速度比cacheline高一个数量级，可是容量很是少。

可是store buffer会发生在单核上的读写纷歧致问题。下面是模仿

a = 1;
b = a+1;
assert b==2;

假设a不在本cpu的cacheline中。在其他cpu的cacheline中，值为0.会有如下的步调

为了制止这个问题，所以对付store buffer的设计中增加一个计策叫做store forwarding。就是说cpu在读取数据的时候会先查察store buffer，假如store buffer中有数据，直接用store buffer中的。这样，也就制止了利用错误数据的问题了。
store forwarding可以办理在单线程中的数据纷歧致问题，可是store buffer所带来的巨大性远不止如此。在多线程情况下，会有其他的问题。下面是模仿代码

public void set(){
  a=1;
  b=1;
}
public void print(){
 while(b==0)
 ;
 assert a==1;
}

假设a和b的值都是0，个中b在cpu0中，a在cpu1中。cpu0执行set要领，cpu1执行print要领。