1、記憶體可見性
首先，要明確一下這個記憶體的含義，記憶體包括共享主存和快取記憶體，Volatile關鍵字標識的變數，是指CPU從快取讀取資料時，要判斷資料是否有效，如果快取沒有資料，則再從主存讀取，主存就不存在是否有效的說法了。而記憶體一致性協議也是針對快取的協議。
記憶體可見性意思是：一個CPU核心對資料的修改，對其他CPU核心立即可見。
這句話拆開了理解，CPU修改資料，首先是對快取的修改，然後再同步回主存，在同步回主存的時候，如果其他CPU也快取了這個資料，就會導致其他CPU快取上的資料失效，這樣，當其他CPU再去它的快取讀取這個資料的時候，就必須從主存重新獲取。
實現的原理一般都是基於CPU的MESI協議，其中E表示獨佔Exclusive，S表示Shared，M表示Modify，I表示Invalid，如果一個核心修改了資料，那麼這個核心的資料狀態就會更新成M，同時其他核心上的資料狀態更新成I，這個是透過CPU多核之間的嗅探機制實現的。
但是，這樣是否就能保證多執行緒操作一個變數的時候，結果如我們預期呢？其實不然。
因為，Volatile限定的是從快取讀取時刻的校驗，如果兩個CPU同時從各自快取讀取一個變數n=1（此時，變數n在各個CPU快取上都是有效的），並且同時修改了變數n=n+1，再寫回快取，這個時候n的值等於2，而不是等於3。因此，在多執行緒操作共享變數（例如：計數器）的時候，正確的方式是使用同步或者Atomic工具類。
2、指令有序性
這個涉及到記憶體屏障(Memory Barrier)，記憶體屏障有兩個能力：
a、就像一套柵欄分割前後的程式碼，阻止柵欄前後的沒有資料依賴性的程式碼進行指令重排序，保證程式在一定程度上的有序性。
b、強制把寫緩衝區/快取記憶體中的髒資料等寫回主記憶體，讓快取中相應的資料失效，保證資料的可見性。
首先，指令並不是程式碼行，指令是原子的，透過javap命令可以看到一行程式碼編譯出來的指令，當然，像int i=1;這樣的程式碼行也是原子操作。
在單例模式中，Instance inst = new Instance();
這一句，就不是原子操作，它可以分成三步原子指令：
1，分配記憶體地址；
2，new一個Instance物件；
3，將記憶體地址賦值給inst；
CPU為了提高執行效率，這三步操作的順序可以是123，也可以是132，如果是132順序的話，當把記憶體地址賦給inst後，inst指向的記憶體地址上面還沒有new出來單例物件，這時候，如果就拿到inst的話，它其實就是空的，會報空指標異常。這就是為什麼單例模式中，單例物件要加上volatile關鍵字。
記憶體屏障有三種類型和一種偽型別：
a、lfence：即讀屏障(Load Barrier)，在讀指令前插入讀屏障，可以讓快取記憶體中的資料失效，重新從主記憶體載入資料，以保證讀取的是最新的資料。
b、sfence：即寫屏障(Store Barrier)，在寫指令之後插入寫屏障，能讓寫入快取的最新資料寫回到主記憶體，以保證寫入的資料立刻對其他執行緒可見。
c、mfence，即全能屏障，具備ifence和sfence的能力。
d、Lock字首：Lock不是一種記憶體屏障，但是它能完成類似全能型記憶體屏障的功能。
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1、記憶體可見性
首先，要明確一下這個記憶體的含義，記憶體包括共享主存和快取記憶體，Volatile關鍵字標識的變數，是指CPU從快取讀取資料時，要判斷資料是否有效，如果快取沒有資料，則再從主存讀取，主存就不存在是否有效的說法了。而記憶體一致性協議也是針對快取的協議。
記憶體可見性意思是：一個CPU核心對資料的修改，對其他CPU核心立即可見。
這句話拆開了理解，CPU修改資料，首先是對快取的修改，然後再同步回主存，在同步回主存的時候，如果其他CPU也快取了這個資料，就會導致其他CPU快取上的資料失效，這樣，當其他CPU再去它的快取讀取這個資料的時候，就必須從主存重新獲取。
實現的原理一般都是基於CPU的MESI協議，其中E表示獨佔Exclusive，S表示Shared，M表示Modify，I表示Invalid，如果一個核心修改了資料，那麼這個核心的資料狀態就會更新成M，同時其他核心上的資料狀態更新成I，這個是透過CPU多核之間的嗅探機制實現的。
但是，這樣是否就能保證多執行緒操作一個變數的時候，結果如我們預期呢？其實不然。
因為，Volatile限定的是從快取讀取時刻的校驗，如果兩個CPU同時從各自快取讀取一個變數n=1（此時，變數n在各個CPU快取上都是有效的），並且同時修改了變數n=n+1，再寫回快取，這個時候n的值等於2，而不是等於3。因此，在多執行緒操作共享變數（例如：計數器）的時候，正確的方式是使用同步或者Atomic工具類。
2、指令有序性
這個涉及到記憶體屏障(Memory Barrier)，記憶體屏障有兩個能力：
a、就像一套柵欄分割前後的程式碼，阻止柵欄前後的沒有資料依賴性的程式碼進行指令重排序，保證程式在一定程度上的有序性。
b、強制把寫緩衝區/快取記憶體中的髒資料等寫回主記憶體，讓快取中相應的資料失效，保證資料的可見性。
首先，指令並不是程式碼行，指令是原子的，透過javap命令可以看到一行程式碼編譯出來的指令，當然，像int i=1;這樣的程式碼行也是原子操作。
在單例模式中，Instance inst = new Instance();
這一句，就不是原子操作，它可以分成三步原子指令：
1，分配記憶體地址；
2，new一個Instance物件；
3，將記憶體地址賦值給inst；
CPU為了提高執行效率，這三步操作的順序可以是123，也可以是132，如果是132順序的話，當把記憶體地址賦給inst後，inst指向的記憶體地址上面還沒有new出來單例物件，這時候，如果就拿到inst的話，它其實就是空的，會報空指標異常。這就是為什麼單例模式中，單例物件要加上volatile關鍵字。
記憶體屏障有三種類型和一種偽型別：
a、lfence：即讀屏障(Load Barrier)，在讀指令前插入讀屏障，可以讓快取記憶體中的資料失效，重新從主記憶體載入資料，以保證讀取的是最新的資料。
b、sfence：即寫屏障(Store Barrier)，在寫指令之後插入寫屏障，能讓寫入快取的最新資料寫回到主記憶體，以保證寫入的資料立刻對其他執行緒可見。
c、mfence，即全能屏障，具備ifence和sfence的能力。
d、Lock字首：Lock不是一種記憶體屏障，但是它能完成類似全能型記憶體屏障的功能。
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