C++霧中風景13:volatile解惑
筆者入職百度時，二面面試官的讓我聊聊C++之中的 volatile關鍵詞 。volatile在Java和C++之中的差別可謂是 天差地別 ，我只是簡單聊了聊Java之中的 volatile ，面試官對我的回答並不滿意。後續學習 《C++ Prmier》 時，對 volatile 的理解也是雲裡霧裡。入職百度之後，發現身邊的同學時候對volatile也是 誤會頗多 。（果然是“ 面試造核彈，工作擰螺絲 ”）所以筆者花了一些時間，整理了這篇文章，希望各位C++程式設計師能徹底釐清 volatile 。
1.volatile的誤會
volatile這個單詞在英文之中的意思是： 易變的，不穩定的 的含義。所以顧名思義，一旦變數通過了 volatile關鍵詞 修飾之後，說明變數是 易變的和不穩定的 。而C++之中最大的誤會就是認為 volatile關鍵詞 與併發程式設計有關，至於為何會引起這樣的誤會呢？筆者覺得罪魁禍首可能是下面的原因：
Java中的volatile
volatile影響最為深遠的就是Java之中的功用,筆者第一次接觸這個關鍵詞也是在Java之中。（ 加上數目龐大的Java程式設計師～～ ）Java之中 volatile 的效果是：
- 確保記憶體可見性
讀和寫一個 volatile變數 具有 全域性有序性 。每個執行緒訪問一個 volatile變數 時都會讀取它在記憶體之中的當前值，而不是使用一個快取中的值。 這樣能夠確保當某執行緒對volatile變數進行了修改後，後面執行的其他執行緒能看到volatile變數的變動。 所以在簡單的多執行緒程式之中，volatile變數可以起到輕量級的同步作用。但是 volatile關鍵字 並不保證執行緒讀寫變數的相對順序，所以適用場景有限。 - 禁止指令重排序
指令重排序是JVM 為了提高程式的執行效率，在不影響單執行緒程式執行結果的前提下，對各種指令執行的過程進行重新排序和優化，來增加程式處理時的並行度。 指令重排序在單執行緒下能夠保證正確，但是在多執行緒的環境下就很難確保指令重排序的語義正確。
JDK5引入concurrent包中atomic，JDK6將synchronized關鍵字的效能優化後。絕大多數場景，筆者都不再推薦使用volatile這個關鍵字了。
MSVC 微軟的鍋
早期的 MSVC之中 volatile 具有 Release 和 Acquire 語義，這我想給許多 C++程式猿造成了誤解。後續微軟將這個關鍵字做了一個切換： volatile:ms ，用加 ms 的修飾來延續之前的語義。
2.volatile 的作用
其實上一節對 volatile 的誤用做了討論。接下來筆者來帶大家看看，實際 volatile 關鍵字到底起到怎麼樣的作用。先看如下的程式碼：
int n = 10;
int main() {
int a = n;
int b = n;
return 0;
}
：
接下來，我們將變數新增上
volatile**關鍵字，看看會出現什麼效果：int n = 10;
int main() {
volatile int a = n;
volatile int b = n;
return 0;
}
重新編譯這部分程式碼轉換為彙編程式碼，我們來看看：
看到這部分彙編程式碼，想必各位應該對 volatile關鍵詞 的作用應該心中有數了。 volatile相當於顯式的要求編譯器禁止對 volatile 變數進行優化，並且要求每個變數賦值時，需要顯式從暫存器%eax拷貝。volatile 關鍵字在嵌入式程式設計之中會需要用到，在特定環境下，暫存器的變數可能會發生變化。volatile 所以聲明瞭暫存器部分的資料是『易變的』，需要防止編譯器優化變數，強制載入暫存器。
但是如果需要實現類似 Java 之中 volatile 的效果呢？可以在程式碼之中顯式插入記憶體屏障，讓 CPU 強制重新整理暫存器的變數到記憶體之中。
int n = 10;
int main() {
volatile int a = n;
asm volatile("" ::: "memory");
volatile int b = n;
return 0;
}
現在我們再來看看編譯生成的彙編程式碼：
由上述的彙編程式碼我們可以看到，在添加了記憶體屏障之後，對變數的賦值操作需要顯式的記憶體之中取值。實際 Java 在實現 volatile 關鍵字時，也是通過上述語句來實現的。