学C语言时，有一个奇怪的关键字volatile，这到底有什么用呢？
int busy = 1;
void wait() { while(busy) { ; }}
wait: mov eax, DWORD PTR busy[rip].L2: test eax, eax jne .L2 retbusy: .long 1
其中L2这一段即为while循环，这段指令是经过编译器优化的，可以看到，决定能否跳出循环是通过检查寄存器eax来完成的，而没有检查变量busy所在内存的真实内容。注意，对于这段代码来说这里的优化是正确的，但问题是如果还有其它代码修改了变量busy，那么这里的优化会导致其它代码对变量busy的修改根本就不能生效，就像这样：int busy = 1;
void wait() { while(busy) { ; }}
void signal() { busy = 0;}
如果wait函数中while循环对应的机器指令仅仅从寄存器中读取数据那么即使B线程的signal函数修改了busy变量也不能让wait函数从循环中跳出来。如果你对busy变量使用volatile修饰，生成的指令就变成这样了：wait:.L2: mov eax, DWORD PTR busy[rip] test eax, eax jne .L2 retbusy: .long 1
注意看此时L2这一段，每次都从busy变量所在的内存中读取数据并存放在eax，然后再去判断，这样就能确保每次都能读取到busy变量的最新值。实际上，你可以把寄存器eax当做busy所在内存的cache，当cache(寄存器)和内存中的数据一致时不会有任何问题，但当cache与内存中的数据不一致时(也就是内存已被更新但cache保存的还是旧数据)，程序的运行往往出乎预料。除了多线程的例子，还有一类就是signal handler以及硬件修改该变量(用C语言与硬件交互式时经常遇到)，如果编译器生成文章开头那样的指令那么等待线程将检测不到signal handler或者硬件对变量的修改。因此，在这里我们需要告诉编译器：“不要耍小聪明，不要只从寄存器中读数据，这个变量可能在其它地方已经被修改了，使用时从内存中获取最新数据”。现在是时候简单总结一下了，volatile仅仅阻止编译器试图去优化对变量的读取操作。一定要注意volatile仅仅确保变量的可见性，但和变量的原子访问没有半毛钱关系，这是两个完全不同的任务。struct data { int a; int b; int c; ...};
volatile struct data foo;
void thread1() { foo.a = 1; foo.b = 2; foo.c = 3; ...}
void thread2() { int a = foo.a; int b = foo.b; int c = foo.c; ...}
你仅仅用volatile去修饰变量foo只是确保了当该变量被thread1修改后我们能在thread2中读取到最新值，但这解决不了多线程并发读写需要原子访问foo的问题。确保变量原子性访问一般都采用锁，当使用锁时，锁本身就包含了volatile提供能力，即，确保变量的可见性，因此当使用锁时没有必要使用volatile。有的同学可能会想，如果我想用volatile修饰的变量没有那么复杂，仅仅是一个int，就像这样：A线程读取busy变量，B线程更新busy变量，当A检测到busy变化后执行特定操作，这样可行吗？既然通过volatile修饰后可以确保每次都从内存中读取busy，那么应该可以这样使用吧。然而，计算机在概念上可能相对简单些，但在工程实践中是复杂的。我们知道，由于CPU与内存之间的速度差异非常大，CPU与内存之间有一层cache，CPU其实并没有直接读取内存，cache的存在会让问题复杂起来，限于篇幅与本文主题这里不再展开。为优化内存读写，CPU可能会对内存读写操作进行指令重排，reordering，带来的后果就是：假设在线程1中先后执行第N行代码与第N+1行代码，但在线程2看来却是第N+1行代码先生效，假设X的初始值为0，Y的初始值为1：线程1 线程2X = 10 if (!busy)busy = 0; Y = X;
当线程2检测到busy为0后读取X的值，此时读取到的X值可能为0。为解决这一问题，我们需要的不是volatile，volatile解决不了reordering问题，我们需要的是内存屏障，memory barrier。内存屏障是一类机器指令，该指令对处理器在该屏障指令之前与之后的内存操作进行了限制，确保不会出现重排问题。而内存屏障带来的效果依然能够涵盖volatile提供的功能，因此也不需要volatile。可以看到，在多线程环境下我们几乎总是不会使用volatile关键字。好啦，这个话题就讲到这里，如果文中有理解不到位的地方，欢迎大家批评指正！
