C++雾中风景13:volatile解惑

笔者入职百度时，二面面试官的让我聊聊C++之中的volatile关键词。volatile在Java和C++之中的差异可谓是天差地别，我只是简单聊了聊Java之中的volatile，面试官对个人回答并不满意。后续学习《C++ Prmier》时，对volatile的理解也是云里雾里。入职百度以后，发现身边的同窗时候对volatile也是误会颇多。（果真是“面试造核弹，工做拧螺丝”）因此笔者花了一些时间，整理了这篇文章，但愿各位C++程序员能完全厘清volatile。

1.volatile的误会

volatile这个单词在英文之中的意思是：易变的，不稳定的的含义。因此顾名思义，一旦变量经过了volatile关键词修饰以后，说明变量是易变的和不稳定的。而C++之中最大的误会就是认为volatile关键词与并发编程有关，至于为什么会引发这样的误会呢？笔者以为罪魁祸首多是下面的缘由：

Java中的volatile

volatile影响最为深远的就是Java之中的功用,笔者第一次接触这个关键词也是在Java之中。（加上数目庞大的Java程序员～～）Java之中volatile的效果是：

• 确保内存可见性
  读和写一个volatile变量具备全局有序性。每一个线程访问一个volatile变量时都会读取它在内存之中的当前值，而不是使用一个缓存中的值。这样可以确保当某线程对volatile变量进行了修改后，后面执行的其余线程能看到volatile变量的变更。因此在简单的多线程程序之中，volatile变量能够起到轻量级的同步做用。可是volatile关键字并不保证线程读写变量的相对顺序，因此适用场景有限。
• 禁止指令重排序
  指令重排序是JVM 为了提升程序的运行效率，在不影响单线程程序执行结果的前提下，对各类指令执行的过程进行从新排序和优化，来增长程序处理时的并行度。指令重排序在单线程下可以保证正确，可是在多线程的环境下就很难确保指令重排序的语义正确。

JDK5引入concurrent包中atomic，JDK6将synchronized关键字的性能优化后。绝大多数场景，笔者都再也不推荐使用volatile这个关键字了。

MSVC 微软的锅

早期的 MSVC之中 volatile 具备Release和Acquire语义，这我想给许多 C++程序猿形成了误解。后续微软将这个关键字作了一个切换：volatile:ms，用加 ms 的修饰来延续以前的语义。

2.volatile 的做用

其实上一节对volatile 的误用作了讨论。接下来笔者来带你们看看，实际 volatile 关键字到底起到怎么样的做用。先看以下的代码：

int n = 10;                                                                                         
int main() {
    int a = n;
    int b = n;
    return 0;
}

咱们将这段代码转换为汇编代码，笔者这里使用的** gcc 版本为5.4.0：

接下来，咱们将变量添加上 volatile**关键字，看看会出现什么效果：

int n = 10;                                                                                         
int main() {
    volatile int a = n;
    volatile int b = n;
    return 0;
}

从新编译这部分代码转换为汇编代码，咱们来看看：

看到这部分汇编代码，想必各位应该对 volatile关键词的做用应该心中有数了。volatile至关于显式的要求编译器禁止对 volatile 变量进行优化，而且要求每一个变量赋值时，须要显式从寄存器%eax拷贝。volatile 关键字在嵌入式编程之中会须要用到，在特定环境下，寄存器的变量可能会发生变化。volatile 因此声明了寄存器部分的数据是『易变的』，须要防止编译器优化变量，强制载入寄存器。

可是若是须要实现相似 Java 之中 volatile 的效果呢？能够在代码之中显式插入内存屏障，让 CPU 强制刷新寄存器的变量到内存之中。

int n = 10;                                                                                         
int main() {
    volatile int a = n;
    asm volatile("" ::: "memory");
    volatile int b = n;
    return 0;
}

如今咱们再来看看编译生成的汇编代码：

由上述的汇编代码咱们能够看到，在添加了内存屏障以后，对变量的赋值操做须要显式的内存之中取值。实际 Java 在实现 volatile 关键字时，也是经过上述语句来实现的。

3.小结

volatile 关键字自己在 现代的C++和 Java 之中都再也不推荐使用了。在 C++之中有不少对 volatile 的误用。但愿这篇文章可以帮助你们解惑 volatile ，可以正确的进行使用。学有不精，若有谬误，请多多指教~~~