作用

可以被当作轻量级的 synchronized，不需要加锁，保证可见性，禁止指令重排序，保证单个操作的原子性。

volatile 写的内存语义

当写一个 volatile 变量的时候，JMM 会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新回主存。

volatile 读的内存语义

当读一个 volatile 变量的时候，JMM 会把该线程对应的本地内存置为无效，强制从主内存中读取。

禁止指令重排序的实现

通过 happens-before 规则来插入内存屏障禁止指令重排序，对于处理器重排序，JMM 的处理器重排序规则会要求 Java 编译器在生成指令序列的时，插入特定类型的内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。

如果 A happens-before B，则 A 操作所做的操作对 B 操作可见，并且按顺序 A 操作排在 B 操作的前面，并不要求 A 操作一定要在 B 操作之前执行。

happens-before 的 volatile 变量规则：对一个 volatile 域的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读。

1. 在每个 volatile 写操作的前面插入一个 StoreStore 屏障

2. 在每个 volatile 写操作的后面插入一个 StoreLoad 屏障

3. 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadLoad 屏障

4. 在每个 volatile 读操作的后面插入一个 LoadStore 屏障

lock 前缀指令也相当于一个内存屏障（也称内存栅栏），内存屏障主要提供 3 个功能：

1. 确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
2. 强制将对缓存的修改操作立即写入主存，利用缓存一致性机制，并且缓存一致性机制会阻止同时修改由两个以上 CPU 缓存的内存区域数据；
3. 如果是写操作，它会导致其他 CPU 中对应的缓存行无效。

可见性和单个写操作的原子性的实现原理

在 CPU 指令中通过 LOCK 前缀和缓存一致性协议保证可见性，LOCK 前缀指令会在执行指令的期间声言处理器的 LOCK# 信号，LOCK# 信号有两种实现方式，一种是锁总线，这种开销较大，会导致其他 CPU 不能访问总线，即不能访问系统内存。还有一种是锁缓存，锁定这块内存区域的缓存并回写到内存，并使用缓存一致性机制来确保修改的一致性，缓存一致性机制会阻止通知修改由两个以上处理器缓存的内存区域，当一个 CPU 核心嗅探到自己存储的共享变量的值被其他 CPU 核心更改时，会将自己本地内存保存的值置为无效。