volatile，多緒和最佳化

在多執行緒的情況下，考慮下面的程式碼 ：

x =  0;
lock();
x++;
unlock();

一般來說，我們會認為有了 lock 和 unlock 的保護，變數 x 在多緒的環境下會被正常的累加。但如果我們把最佳化的影響考慮進來，情況就不如我們一開始所想的那麼地的單純。一般常見的最佳化做法如下：

1. 編譯器為了提高變數 x  的存取速度而把 x 放到了某個 register 裡。
2. 編譯器為了提高效率而交換指令執行的順序。
3. CPU 的動態排程，為了提高效率而交換指令執行的順序。

以第一種情形來說，不同的執行緒的 register 是各自獨立的，若編譯器在 lock 之前就先把 x 放到 某個 register 裡，並因之後可能還要存取 x 而暫時不將 register 內的值寫回 x ，那麼很明顯就會有問題。針對編譯器過度最佳化的解決方法是使用關鍵字 volatile 提示編譯器考慮多緒執行的情況，不要進行如上的最佳化。

關鍵字 volatile 表示變數可能會被某些編譯器未知的因素更改 (如 I/O)，所以每次要存取 volatile 變數時，必須從記憶體中重新讀取值。

而關於 3. CPU 的動態排程的影響，我們可以使用 CPU 所提供的 barrier 指令 (在不同 CPU 中指令名稱各不相同)，來保證緒程安全。一般我們常使用的同步函式如 mutex 或 semaphore 等都有使用 barrier 來實作 。

Reference

• MSDN: volatile (C++)
• http://en.wikipedia.org/wiki/Memory_barrier
• Stack Overflow: What is the use of volatile keyword?