1吊说、結(jié)論

volatile具有可見性和防止指令重排的能力曙咽，但是在某些場景下不能保證線程安全（無法替代synchronized關(guān)鍵字）

2去枷、原因簡析

1久免、線程安全問題中有三個概念：原子性（Atomicity）底瓣、可見性（Visibility）谢揪、有序性（Ordering）。
2捐凭、synchronized關(guān)鍵字可以保證原子性拨扶、可見性和有序性；volatile只能保證可見性和有序性（有序性體現(xiàn)在防止指令重排上）茁肠。
3患民、使用volatile修飾的（多線程共享的）變量進(jìn)行的是原子的修改操作時，這時volatile可以保證線程安全垦梆；除此之外匹颤，單一地使用volatile不保證線程安全。
4托猩、volatile會對總線（主存）加上LOCK前綴指令（觀察匯編源碼得知）印蓖，LOCK不是內(nèi)存屏障，但是完成的事情是類似內(nèi)存屏障（也叫內(nèi)存柵欄）的功能京腥。LOCK可以理解成是CPU一級的鎖赦肃，加上LOCK后，其他CPU對該內(nèi)存地址的原子的讀寫請求都會被阻塞公浪，直到鎖釋放他宛。（《碼出高效Java開發(fā)手冊》P232中描述使用了volatile后“...任何對此變量的操作都會在內(nèi)存中進(jìn)行，不會產(chǎn)生副本”欠气，筆者認(rèn)為描述有問題）
5厅各、單一地使用synchronized（來保證線程安全）會有一定的效能損耗，可以用volatile搭配使用synchronized減少（因為要保證線程安全帶來的）效能損耗晃琳，也可以搭配CAS（比如自旋鎖運用了CAS -- Compare-And-Swap）讯检。

3、背景

計算機(jī)在對內(nèi)存進(jìn)行操作時卫旱，會存在主內(nèi)存（有些地方叫物理內(nèi)存）和高速緩存的概念人灼。主存中的變量值對所有線程可見，高速緩存是線程私有的--對其他線程不可見的顾翼。CPU對內(nèi)存進(jìn)行操作的時候投放，單個線程會從主存（總線）中讀取目標(biāo)內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)，copy到高速緩存（作為副本）适贸，后續(xù)的一系列操作都是基于這個“副本”灸芳，操作完后涝桅，將副本的值同步回主存。
內(nèi)存柵欄實現(xiàn)了可見性和防止指令重排的效果

內(nèi)存柵欄/內(nèi)存屏障

4烙样、代碼驗證

4.1冯遂、這是一段線程不安全的代碼

public class Test {

    public static volatile int inc = 0;

    public static void increase() throws InterruptedException {
        inc++;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++){
                    try {
                        increase();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("----A過程---" + Test.inc);
                }
            }

        });
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 0; i < 5; i++){
                    try {
                        increase();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("----B過程---" + Test.inc);
                }
            }

        });
        thread1.start();
        thread2.start();
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println("--終態(tài)--" + inc);
    }
}

4.2、對#4.1代碼的優(yōu)化

·#4.1的代碼不能復(fù)現(xiàn)出問題谒获，猜測可能是機(jī)器的CPU性能較好蛤肌。所以優(yōu)化了下代碼，如下

public class Test {

        public static volatile int inc = 0;

        public static void increase() throws InterruptedException {
            Thread.sleep(1);
            inc ++;
        }

        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {


            for (int k=0;k<10;k++){
                new Thread(new Runnable(){
                    @Override
                    public void run() {
                        for (int i=0 ; i < 500; i++){
                            new Thread(new Runnable() {
                                @Override
                                public void run() {
                                    try {
                                        Thread.sleep(2);
                                        increase();
                                    } catch (InterruptedException e) {
                                        e.printStackTrace();
                                    }
                                    System.out.println("----A過程---" + inc);
                                }
                            }).start();
                        }
                    }

                }).start();
                new Thread(new Runnable(){
                    @Override
                    public void run() {
                        for (int i=0 ; i < 500; i++){
                            new Thread(new Runnable() {
                                @Override
                                public void run() {
                                    try {
                                        Thread.sleep(2);
                                        increase();
                                    } catch (InterruptedException e) {
                                        e.printStackTrace();
                                    }
                                    System.out.println("----B過程---" + inc);
                                }
                            }).start();
                        }
                    }

                }).start();
            }
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("--終態(tài)--" + inc);
        }
}

4.3批狱、#4.2的運行結(jié)果

預(yù)期結(jié)果是10,000裸准，實際運行結(jié)果<10,000

4.4、原因

因為#4.1和#4.2的模型一樣赔硫，#4.1的邏輯更簡單炒俱，故以#4.1為例講

4.4.1、首先爪膊，問題出在這一行

inc++

4.4.2权悟、其次，inc++非原子操作

inc++ 即 inc = inc + 1

4.4.3惊完、出現(xiàn)異常（結(jié)果不合預(yù)期）的情況

step-1

step-2

step-3

step-4

step-5

4.5僵芹、反思

從結(jié)果看來，在這個場景中小槐，volatile沒有發(fā)揮任何作用嘛？
我們?nèi)サ?4.2代碼中的volatile關(guān)鍵字荷辕，發(fā)現(xiàn)結(jié)果也是少于10,000

沒有volatile修飾inc變量的情況

我認(rèn)為凿跳，volatile還是發(fā)揮作用的（只是沒有它沒有讓結(jié)果達(dá)到預(yù)期），舉個例子

去掉volatile后疮方，step-4的線程B不是無效掉前兩步的操作控嗜，而是將自己的副本（inc=2）更新到主存中，這時主存中的inc值又被更新了一次（2 -> 2）;
假設(shè)在線程競爭中骡显，線程B獲得的CPU時間片輪遠(yuǎn)少于線程A時疆栏，當(dāng)線程A對inc更新過好幾輪了后（假設(shè)此時主存中的inc=4）,線程B仍然對主存更新為2。這時主存中的inc值經(jīng)歷了幾個階段

主存中inc的幾個階段

4.6惫谤、比較明確地體現(xiàn)volatile的可見性作用的例子

1壁顶、狀態(tài)標(biāo)記量

volatile boolean flag = false;
 
while(!flag){
    doSomething();
}
 
public void setFlag() {
    flag = true;
}

2、雙重檢測鎖

class Singleton{
    private volatile static Singleton instance;
     
    private Singleton() {}
     
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

5溜歪、volatile適用的場景

1）對變量的寫操作不依賴于當(dāng)前值

2）該變量沒有包含在具有其他變量的不變式中

針對這兩點約束若专，個人還不是很理解，具體參考# volatile的適用場景

6蝴猪、參考來源

1调衰、 Java并發(fā)編程：volatile關(guān)鍵字解析
2膊爪、 volatile 和內(nèi)存屏障
3、《碼出高效Java開發(fā)手冊》

并發(fā)線程-volatile關(guān)鍵字