此文章出自：<a >海 子</a>
volatile關(guān)鍵字雖然從字面上理解起來比較簡單，但是要用好不是一件容易的事情溪猿。由于volatile關(guān)鍵字是與Java的內(nèi)存模型有關(guān)的均函，因此在講述volatile關(guān)鍵之前，我們先來了解一下與內(nèi)存模型相關(guān)的概念和知識悲幅，然后分析了volatile關(guān)鍵字的實(shí)現(xiàn)原理，最后給出了幾個(gè)使用volatile關(guān)鍵字的場景。
以下是本文的目錄大綱：
一.內(nèi)存模型的相關(guān)概念
二.并發(fā)編程中的三個(gè)概念
三.Java內(nèi)存模型
四..深入剖析volatile關(guān)鍵字
五.使用volatile關(guān)鍵字的場景
一.內(nèi)存模型的相關(guān)概念
大家都知道趴泌，計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)告组，每條指令都是在CPU中執(zhí)行的煤伟，而執(zhí)行指令過程中，勢必涉及到數(shù)據(jù)的讀取和寫入木缝。由于程序運(yùn)行過程中的臨時(shí)數(shù)據(jù)是存放在主存（物理內(nèi)存）當(dāng)中的便锨，這時(shí)就存在一個(gè)問題，由于CPU執(zhí)行速度很快我碟，而從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)和向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)的過程跟CPU執(zhí)行指令的速度比起來要慢的多放案，因此如果任何時(shí)候?qū)?shù)據(jù)的操作都要通過和內(nèi)存的交互來進(jìn)行，會大大降低指令執(zhí)行的速度矫俺。因此在CPU里面就有了高速緩存吱殉。
也就是，當(dāng)程序在運(yùn)行過程中厘托，會將運(yùn)算需要的數(shù)據(jù)從主存復(fù)制一份到CPU的高速緩存當(dāng)中友雳，那么CPU進(jìn)行計(jì)算時(shí)就可以直接從它的高速緩存讀取數(shù)據(jù)和向其中寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)運(yùn)算結(jié)束之后铅匹，再將高速緩存中的數(shù)據(jù)刷新到主存當(dāng)中押赊。舉個(gè)簡單的例子，比如下面的這段代碼：
i = i + 1;
當(dāng)線程執(zhí)行這個(gè)語句時(shí)包斑，會先從主存當(dāng)中讀取i的值流礁，然后復(fù)制一份到高速緩存當(dāng)中，然后CPU執(zhí)行指令對i進(jìn)行加1操作罗丰，然后將數(shù)據(jù)寫入高速緩存神帅，最后將高速緩存中i最新的值刷新到主存當(dāng)中。
這個(gè)代碼在單線程中運(yùn)行是沒有任何問題的丸卷，但是在多線程中運(yùn)行就會有問題了枕稀。在多核CPU中，每條線程可能運(yùn)行于不同的CPU中谜嫉，因此每個(gè)線程運(yùn)行時(shí)有自己的高速緩存（對單核CPU來說萎坷，其實(shí)也會出現(xiàn)這種問題，只不過是以線程調(diào)度的形式來分別執(zhí)行的）沐兰。本文我們以多核CPU為例哆档。
比如同時(shí)有2個(gè)線程執(zhí)行這段代碼，假如初始時(shí)i的值為0住闯，那么我們希望兩個(gè)線程執(zhí)行完之后i的值變?yōu)?瓜浸。但是事實(shí)會是這樣嗎澳淑？
可能存在下面一種情況：初始時(shí)，兩個(gè)線程分別讀取i的值存入各自所在的CPU的高速緩存當(dāng)中插佛，然后線程1進(jìn)行加1操作杠巡，然后把i的最新值1寫入到內(nèi)存。此時(shí)線程2的高速緩存當(dāng)中i的值還是0雇寇，進(jìn)行加1操作之后氢拥，i的值為1，然后線程2把i的值寫入內(nèi)存锨侯。
最終結(jié)果i的值是1嫩海，而不是2。這就是著名的緩存一致性問題囚痴。通常稱這種被多個(gè)線程訪問的變量為共享變量叁怪。
也就是說，如果一個(gè)變量在多個(gè)CPU中都存在緩存（一般在多線程編程時(shí)才會出現(xiàn)）深滚，那么就可能存在緩存不一致的問題奕谭。
為了解決緩存不一致性問題，通常來說有以下2種解決方法：
1）通過在總線加LOCK#鎖的方式
2）通過緩存一致性協(xié)議
這2種方式都是硬件層面上提供的方式成箫。
在早期的CPU當(dāng)中展箱，是通過在總線上加LOCK#鎖的形式來解決緩存不一致的問題。因?yàn)镃PU和其他部件進(jìn)行通信都是通過總線來進(jìn)行的蹬昌，如果對總線加LOCK#鎖的話，也就是說阻塞了其他CPU對其他部件訪問（如內(nèi)存）攀隔，從而使得只能有一個(gè)CPU能使用這個(gè)變量的內(nèi)存皂贩。比如上面例子中 如果一個(gè)線程在執(zhí)行 i = i +1，如果在執(zhí)行這段代碼的過程中昆汹，在總線上發(fā)出了LCOK#鎖的信號明刷，那么只有等待這段代碼完全執(zhí)行完畢之后，其他CPU才能從變量i所在的內(nèi)存讀取變量满粗，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作辈末。這樣就解決了緩存不一致的問題。
但是上面的方式會有一個(gè)問題映皆，由于在鎖住總線期間挤聘，其他CPU無法訪問內(nèi)存，導(dǎo)致效率低下捅彻。
所以就出現(xiàn)了緩存一致性協(xié)議组去。最出名的就是Intel 的MESI協(xié)議，MESI協(xié)議保證了每個(gè)緩存中使用的共享變量的副本是一致的步淹。它核心的思想是：當(dāng)CPU寫數(shù)據(jù)時(shí)从隆，如果發(fā)現(xiàn)操作的變量是共享變量诚撵，即在其他CPU中也存在該變量的副本，會發(fā)出信號通知其他CPU將該變量的緩存行置為無效狀態(tài)键闺，因此當(dāng)其他CPU需要讀取這個(gè)變量時(shí)寿烟，發(fā)現(xiàn)自己緩存中緩存該變量的緩存行是無效的，那么它就會從內(nèi)存重新讀取辛燥。
二.并發(fā)編程中的三個(gè)概念
在并發(fā)編程中韧衣，我們通常會遇到以下三個(gè)問題：原子性問題，可見性問題购桑，有序性問題畅铭。我們先看具體看一下這三個(gè)概念：
1.原子性
原子性：即一個(gè)操作或者多個(gè)操作 要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過程不會被任何因素打斷，要么就都不執(zhí)行勃蜘。
一個(gè)很經(jīng)典的例子就是銀行賬戶轉(zhuǎn)賬問題：
比如從賬戶A向賬戶B轉(zhuǎn)1000元硕噩，那么必然包括2個(gè)操作：從賬戶A減去1000元，往賬戶B加上1000元缭贡。
試想一下炉擅，如果這2個(gè)操作不具備原子性，會造成什么樣的后果阳惹。假如從賬戶A減去1000元之后谍失，操作突然中止。然后又從B取出了500元莹汤，取出500元之后快鱼，再執(zhí)行 往賬戶B加上1000元 的操作。這樣就會導(dǎo)致賬戶A雖然減去了1000元纲岭，但是賬戶B沒有收到這個(gè)轉(zhuǎn)過來的1000元抹竹。
所以這2個(gè)操作必須要具備原子性才能保證不出現(xiàn)一些意外的問題。
同樣地反映到并發(fā)編程中會出現(xiàn)什么結(jié)果呢止潮？
舉個(gè)最簡單的例子窃判，大家想一下假如為一個(gè)32位的變量賦值過程不具備原子性的話，會發(fā)生什么后果喇闸？
i = 9;
假若一個(gè)線程執(zhí)行到這個(gè)語句時(shí)袄琳，我暫且假設(shè)為一個(gè)32位的變量賦值包括兩個(gè)過程：為低16位賦值，為高16位賦值燃乍。
那么就可能發(fā)生一種情況：當(dāng)將低16位數(shù)值寫入之后唆樊，突然被中斷，而此時(shí)又有一個(gè)線程去讀取i的值橘沥，那么讀取到的就是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)窗轩。
2.可見性
可見性是指當(dāng)多個(gè)線程訪問同一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值座咆，其他線程能夠立即看得到修改的值痢艺。
舉個(gè)簡單的例子仓洼，看下面這段代碼：
//線程1執(zhí)行的代碼
int i = 0;
i = 10;
//線程2執(zhí)行的代碼
j = i;
假若執(zhí)行線程1的是CPU1，執(zhí)行線程2的是CPU2堤舒。由上面的分析可知色建，當(dāng)線程1執(zhí)行 i =10這句時(shí)，會先把i的初始值加載到CPU1的高速緩存中舌缤，然后賦值為10箕戳，那么在CPU1的高速緩存當(dāng)中i的值變?yōu)?0了，卻沒有立即寫入到主存當(dāng)中国撵。
此時(shí)線程2執(zhí)行 j = i陵吸，它會先去主存讀取i的值并加載到CPU2的緩存當(dāng)中，注意此時(shí)內(nèi)存當(dāng)中i的值還是0介牙，那么就會使得j的值為0壮虫，而不是10.
這就是可見性問題，線程1對變量i修改了之后环础，線程2沒有立即看到線程1修改的值囚似。
3.有序性
有序性：即程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。舉個(gè)簡單的例子线得，看下面這段代碼：
int i = 0;
boolean flag = false;
i = 1;
//語句1
flag = true;
//語句2
上面代碼定義了一個(gè)int型變量饶唤，定義了一個(gè)boolean類型變量，然后分別對兩個(gè)變量進(jìn)行賦值操作贯钩。從代碼順序上看募狂，語句1是在語句2前面的，那么JVM在真正執(zhí)行這段代碼的時(shí)候會保證語句1一定會在語句2前面執(zhí)行嗎魏保？不一定熬尺，為什么呢？這里可能會發(fā)生指令重排序（Instruction Reorder）谓罗。
下面解釋一下什么是指令重排序，一般來說季二，處理器為了提高程序運(yùn)行效率檩咱，可能會對輸入代碼進(jìn)行優(yōu)化，它不保證程序中各個(gè)語句的執(zhí)行先后順序同代碼中的順序一致濒生，但是它會保證程序最終執(zhí)行結(jié)果和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的柑潦。
比如上面的代碼中恕刘，語句1和語句2誰先執(zhí)行對最終的程序結(jié)果并沒有影響，那么就有可能在執(zhí)行過程中炊汹，語句2先執(zhí)行而語句1后執(zhí)行。
但是要注意逃顶，雖然處理器會對指令進(jìn)行重排序讨便，但是它會保證程序最終結(jié)果會和代碼順序執(zhí)行結(jié)果相同充甚，那么它靠什么保證的呢？再看下面一個(gè)例子：
int a = 10; //語句1
int r = 2; //語句2
a = a + 3; //語句3
r = a*a; //語句4
這段代碼有4個(gè)語句霸褒，那么可能的一個(gè)執(zhí)行順序是：
那么可不可能是這個(gè)執(zhí)行順序呢： 語句2 語句1 語句4 語句3
不可能伴找，因?yàn)樘幚砥髟谶M(jìn)行重排序時(shí)是會考慮指令之間的數(shù)據(jù)依賴性，如果一個(gè)指令I(lǐng)nstruction 2必須用到Instruction 1的結(jié)果废菱，那么處理器會保證Instruction 1會在Instruction 2之前執(zhí)行技矮。
雖然重排序不會影響單個(gè)線程內(nèi)程序執(zhí)行的結(jié)果，但是多線程呢殊轴？下面看一個(gè)例子：
//線程1:
context = loadContext(); //語句1
inited = true; //語句2
//線程2:
while
(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
上面代碼中衰倦，由于語句1和語句2沒有數(shù)據(jù)依賴性，因此可能會被重排序旁理。假如發(fā)生了重排序樊零，在線程1執(zhí)行過程中先執(zhí)行語句2，而此是線程2會以為初始化工作已經(jīng)完成韧拒，那么就會跳出while循環(huán)淹接，去執(zhí)行doSomethingwithconfig(context)方法，而此時(shí)context并沒有被初始化叛溢，就會導(dǎo)致程序出錯(cuò)塑悼。
從上面可以看出，指令重排序不會影響單個(gè)線程的執(zhí)行楷掉，但是會影響到線程并發(fā)執(zhí)行的正確性厢蒜。
也就是說，要想并發(fā)程序正確地執(zhí)行烹植，必須要保證原子性斑鸦、可見性以及有序性。只要有一個(gè)沒有被保證草雕，就有可能會導(dǎo)致程序運(yùn)行不正確巷屿。
三.Java內(nèi)存模型
在前面談到了一些關(guān)于內(nèi)存模型以及并發(fā)編程中可能會出現(xiàn)的一些問題。下面我們來看一下Java內(nèi)存模型墩虹，研究一下Java內(nèi)存模型為我們提供了哪些保證以及在java中提供了哪些方法和機(jī)制來讓我們在進(jìn)行多線程編程時(shí)能夠保證程序執(zhí)行的正確性嘱巾。
在Java虛擬機(jī)規(guī)范中試圖定義一種Java內(nèi)存模型（Java Memory Model，JMM）來屏蔽各個(gè)硬件平臺和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異诫钓，以實(shí)現(xiàn)讓Java程序在各種平臺下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪問效果旬昭。那么Java內(nèi)存模型規(guī)定了哪些東西呢，它定義了程序中變量的訪問規(guī)則菌湃，往大一點(diǎn)說是定義了程序執(zhí)行的次序问拘。注意，為了獲得較好的執(zhí)行性能，Java內(nèi)存模型并沒有限制執(zhí)行引擎使用處理器的寄存器或者高速緩存來提升指令執(zhí)行速度骤坐，也沒有限制編譯器對指令進(jìn)行重排序绪杏。也就是說，在java內(nèi)存模型中或油，也會存在緩存一致性問題和指令重排序的問題寞忿。
Java內(nèi)存模型規(guī)定所有的變量都是存在主存當(dāng)中（類似于前面說的物理內(nèi)存），每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存（類似于前面的高速緩存）顶岸。線程對變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行腔彰，而不能直接對主存進(jìn)行操作。并且每個(gè)線程不能訪問其他線程的工作內(nèi)存辖佣。
舉個(gè)簡單的例子：在java中霹抛，執(zhí)行下面這個(gè)語句：
i = 10;
執(zhí)行線程必須先在自己的工作線程中對變量i所在的緩存行進(jìn)行賦值操作，然后再寫入主存當(dāng)中卷谈。而不是直接將數(shù)值10寫入主存當(dāng)中杯拐。
那么Java語言 本身對 原子性、可見性以及有序性提供了哪些保證呢世蔗？
1.原子性
在Java中端逼，對基本數(shù)據(jù)類型的變量的讀取和賦值操作是原子性操作，即這些操作是不可被中斷的污淋，要么執(zhí)行顶滩，要么不執(zhí)行。
上面一句話雖然看起來簡單寸爆，但是理解起來并不是那么容易礁鲁。看下面一個(gè)例子i：
請分析以下哪些操作是原子性操作：
x = 10; //語句1
y = x; //語句2
x++; //語句3
x = x + 1; //語句4
咋一看赁豆，有些朋友可能會說上面的4個(gè)語句中的操作都是原子性操作仅醇。其實(shí)只有語句1是原子性操作，其他三個(gè)語句都不是原子性操作魔种。
語句1是直接將數(shù)值10賦值給x析二，也就是說線程執(zhí)行這個(gè)語句的會直接將數(shù)值10寫入到工作內(nèi)存中。
語句2實(shí)際上包含2個(gè)操作节预，它先要去讀取x的值甲抖，再將x的值寫入工作內(nèi)存，雖然讀取x的值以及 將x的值寫入工作內(nèi)存 這2個(gè)操作都是原子性操作心铃，但是合起來就不是原子性操作了。
同樣的挫剑，x++和 x = x+1包括3個(gè)操作：讀取x的值去扣，進(jìn)行加1操作，寫入新的值。
所以上面4個(gè)語句只有語句1的操作具備原子性愉棱。
也就是說唆铐，只有簡單的讀取、賦值（而且必須是將數(shù)字賦值給某個(gè)變量奔滑，變量之間的相互賦值不是原子操作）才是原子操作艾岂。
不過這里有一點(diǎn)需要注意：在32位平臺下，對64位數(shù)據(jù)的讀取和賦值是需要通過兩個(gè)操作來完成的朋其，不能保證其原子性王浴。但是好像在最新的JDK中，JVM已經(jīng)保證對64位數(shù)據(jù)的讀取和賦值也是原子性操作了梅猿。
從上面可以看出氓辣，Java內(nèi)存模型只保證了基本讀取和賦值是原子性操作，如果要實(shí)現(xiàn)更大范圍操作的原子性袱蚓，可以通過synchronized和Lock來實(shí)現(xiàn)钞啸。由于synchronized和Lock能夠保證任一時(shí)刻只有一個(gè)線程執(zhí)行該代碼塊，那么自然就不存在原子性問題了喇潘，從而保證了原子性体斩。
2.可見性
對于可見性，Java提供了volatile關(guān)鍵字來保證可見性颖低。
當(dāng)一個(gè)共享變量被volatile修飾時(shí)絮吵，它會保證修改的值會立即被更新到主存，當(dāng)有其他線程需要讀取時(shí)枫甲，它會去內(nèi)存中讀取新值源武。
而普通的共享變量不能保證可見性，因?yàn)槠胀ü蚕碜兞勘恍薷闹笙牖茫裁磿r(shí)候被寫入主存是不確定的粱栖，當(dāng)其他線程去讀取時(shí)，此時(shí)內(nèi)存中可能還是原來的舊值脏毯，因此無法保證可見性闹究。
另外，通過synchronized和Lock也能夠保證可見性食店，synchronized和Lock能保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線程獲取鎖然后執(zhí)行同步代碼渣淤，并且在釋放鎖之前會將對變量的修改刷新到主存當(dāng)中。因此可以保證可見性吉嫩。
3.有序性
在Java內(nèi)存模型中价认，允許編譯器和處理器對指令進(jìn)行重排序，但是重排序過程不會影響到單線程程序的執(zhí)行自娩，卻會影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性用踩。
在Java里面，可以通過volatile關(guān)鍵字來保證一定的“有序性”（具體原理在下一節(jié)講述）。另外可以通過synchronized和Lock來保證有序性脐彩，很顯然碎乃，synchronized和Lock保證每個(gè)時(shí)刻是有一個(gè)線程執(zhí)行同步代碼，相當(dāng)于是讓線程順序執(zhí)行同步代碼惠奸，自然就保證了有序性梅誓。
另外，Java內(nèi)存模型具備一些先天的“有序性”佛南，即不需要通過任何手段就能夠得到保證的有序性梗掰，這個(gè)通常也稱為 happens-before 原則。如果兩個(gè)操作的執(zhí)行次序無法從happens-before原則推導(dǎo)出來共虑，那么它們就不能保證它們的有序性愧怜，虛擬機(jī)可以隨意地對它們進(jìn)行重排序。
下面就來具體介紹下happens-before原則（先行發(fā)生原則）：
程序次序規(guī)則：一個(gè)線程內(nèi)妈拌，按照代碼順序拥坛，書寫在前面的操作先行發(fā)生于書寫在后面的操作
鎖定規(guī)則：一個(gè)unLock操作先行發(fā)生于后面對同一個(gè)鎖額lock操作
volatile變量規(guī)則：對一個(gè)變量的寫操作先行發(fā)生于后面對這個(gè)變量的讀操作
傳遞規(guī)則：如果操作A先行發(fā)生于操作B，而操作B又先行發(fā)生于操作C尘分，則可以得出操作A先行發(fā)生于操作C
線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread對象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每個(gè)一個(gè)動(dòng)作
線程中斷規(guī)則：對線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發(fā)生
線程終結(jié)規(guī)則：線程中所有的操作都先行發(fā)生于線程的終止檢測猜惋，我們可以通過Thread.join()方法結(jié)束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測到線程已經(jīng)終止執(zhí)行
對象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對象的初始化完成先行發(fā)生于他的finalize()方法的開始
這8條原則摘自《深入理解Java虛擬機(jī)》培愁。
這8條規(guī)則中著摔，前4條規(guī)則是比較重要的，后4條規(guī)則都是顯而易見的定续。
下面我們來解釋一下前4條規(guī)則：
對于程序次序規(guī)則來說谍咆，我的理解就是一段程序代碼的執(zhí)行在單個(gè)線程中看起來是有序的。注意私股，雖然這條規(guī)則中提到“書寫在前面的操作先行發(fā)生于書寫在后面的操作”摹察，這個(gè)應(yīng)該是程序看起來執(zhí)行的順序是按照代碼順序執(zhí)行的，因?yàn)樘摂M機(jī)可能會對程序代碼進(jìn)行指令重排序倡鲸。雖然進(jìn)行重排序供嚎，但是最終執(zhí)行的結(jié)果是與程序順序執(zhí)行的結(jié)果一致的，它只會對不存在數(shù)據(jù)依賴性的指令進(jìn)行重排序峭状。因此克滴，在單個(gè)線程中，程序執(zhí)行看起來是有序執(zhí)行的优床，這一點(diǎn)要注意理解劝赔。事實(shí)上，這個(gè)規(guī)則是用來保證程序在單線程中執(zhí)行結(jié)果的正確性胆敞，但無法保證程序在多線程中執(zhí)行的正確性望忆。
第二條規(guī)則也比較容易理解罩阵，也就是說無論在單線程中還是多線程中，同一個(gè)鎖如果出于被鎖定的狀態(tài)启摄，那么必須先對鎖進(jìn)行了釋放操作，后面才能繼續(xù)進(jìn)行l(wèi)ock操作幽钢。
第三條規(guī)則是一條比較重要的規(guī)則歉备，也是后文將要重點(diǎn)講述的內(nèi)容。直觀地解釋就是匪燕，如果一個(gè)線程先去寫一個(gè)變量蕾羊，然后一個(gè)線程去進(jìn)行讀取，那么寫入操作肯定會先行發(fā)生于讀操作帽驯。
第四條規(guī)則實(shí)際上就是體現(xiàn)happens-before原則具備傳遞性龟再。
四.深入剖析volatile關(guān)鍵字
在前面講述了很多東西，其實(shí)都是為講述volatile關(guān)鍵字作鋪墊尼变，那么接下來我們就進(jìn)入主題利凑。
1.volatile關(guān)鍵字的兩層語義
一旦一個(gè)共享變量（類的成員變量、類的靜態(tài)成員變量）被volatile修飾之后嫌术，那么就具備了兩層語義：
1）保證了不同線程對這個(gè)變量進(jìn)行操作時(shí)的可見性哀澈，即一個(gè)線程修改了某個(gè)變量的值，這新值對其他線程來說是立即可見的度气。
2）禁止進(jìn)行指令重排序割按。
先看一段代碼，假如線程1先執(zhí)行磷籍，線程2后執(zhí)行：
//線程1
boolean stop = false;
while
(!stop){
doSomething();
}
//線程2
stop = true;
這段代碼是很典型的一段代碼适荣，很多人在中斷線程時(shí)可能都會采用這種標(biāo)記辦法。但是事實(shí)上院领，這段代碼會完全運(yùn)行正確么弛矛？即一定會將線程中斷么？不一定栅盲，也許在大多數(shù)時(shí)候汪诉，這個(gè)代碼能夠把線程中斷，但是也有可能會導(dǎo)致無法中斷線程（雖然這個(gè)可能性很小谈秫，但是只要一旦發(fā)生這種情況就會造成死循環(huán)了）扒寄。
下面解釋一下這段代碼為何有可能導(dǎo)致無法中斷線程。在前面已經(jīng)解釋過拟烫，每個(gè)線程在運(yùn)行過程中都有自己的工作內(nèi)存该编，那么線程1在運(yùn)行的時(shí)候，會將stop變量的值拷貝一份放在自己的工作內(nèi)存當(dāng)中硕淑。
那么當(dāng)線程2更改了stop變量的值之后课竣，但是還沒來得及寫入主存當(dāng)中嘉赎，線程2轉(zhuǎn)去做其他事情了，那么線程1由于不知道線程2對stop變量的更改于樟，因此還會一直循環(huán)下去公条。
但是用volatile修飾之后就變得不一樣了：
第一：使用volatile關(guān)鍵字會強(qiáng)制將修改的值立即寫入主存；
第二：使用volatile關(guān)鍵字的話迂曲，當(dāng)線程2進(jìn)行修改時(shí)靶橱，會導(dǎo)致線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效（反映到硬件層的話，就是CPU的L1或者L2緩存中對應(yīng)的緩存行無效）路捧；
第三：由于線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效关霸，所以線程1再次讀取變量stop的值時(shí)會去主存讀取。
那么在線程2修改stop值時(shí)（當(dāng)然這里包括2個(gè)操作杰扫，修改線程2工作內(nèi)存中的值队寇，然后將修改后的值寫入內(nèi)存），會使得線程1的工作內(nèi)存中緩存變量stop的緩存行無效章姓，然后線程1讀取時(shí)佳遣，發(fā)現(xiàn)自己的緩存行無效，它會等待緩存行對應(yīng)的主存地址被更新之后啤覆，然后去對應(yīng)的主存讀取最新的值苍日。
那么線程1讀取到的就是最新的正確的值。
2.volatile保證原子性嗎窗声？
從上面知道volatile關(guān)鍵字保證了操作的可見性相恃，但是volatile能保證對變量的操作是原子性嗎？
下面看一個(gè)例子：
<code>public class Test {
public volatile intinc = 0;
public void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for (int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void
run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保證前面的線程都執(zhí)行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
} </code>
大家想一下這段程序的輸出結(jié)果是多少笨觅？也許有些朋友認(rèn)為是10000拦耐。但是事實(shí)上運(yùn)行它會發(fā)現(xiàn)每次運(yùn)行結(jié)果都不一致，都是一個(gè)小于10000的數(shù)字见剩。
可能有的朋友就會有疑問杀糯，不對啊，上面是對變量inc進(jìn)行自增操作苍苞，由于volatile保證了可見性固翰，那么在每個(gè)線程中對inc自增完之后，在其他線程中都能看到修改后的值啊羹呵，所以有10個(gè)線程分別進(jìn)行了1000次操作骂际，那么最終inc的值應(yīng)該是1000*10=10000。
這里面就有一個(gè)誤區(qū)了冈欢，volatile關(guān)鍵字能保證可見性沒有錯(cuò)歉铝，但是上面的程序錯(cuò)在沒能保證原子性〈粘埽可見性只能保證每次讀取的是最新的值太示，但是volatile沒辦法保證對變量的操作的原子性柠贤。
在前面已經(jīng)提到過，自增操作是不具備原子性的类缤，它包括讀取變量的原始值臼勉、進(jìn)行加1操作、寫入工作內(nèi)存呀非。那么就是說自增操作的三個(gè)子操作可能會分割開執(zhí)行坚俗，就有可能導(dǎo)致下面這種情況出現(xiàn)：
假如某個(gè)時(shí)刻變量inc的值為10，
線程1對變量進(jìn)行自增操作岸裙，線程1先讀取了變量inc的原始值，然后線程1被阻塞了速缆；
然后線程2對變量進(jìn)行自增操作降允，線程2也去讀取變量inc的原始值，由于線程1只是對變量inc進(jìn)行讀取操作艺糜，而沒有對變量進(jìn)行修改操作剧董，所以不會導(dǎo)致線程2的工作內(nèi)存中緩存變量inc的緩存行無效，所以線程2會直接去主存讀取inc的值破停，發(fā)現(xiàn)inc的值時(shí)10翅楼，然后進(jìn)行加1操作，并把11寫入工作內(nèi)存真慢，最后寫入主存毅臊。
然后線程1接著進(jìn)行加1操作，由于已經(jīng)讀取了inc的值黑界，注意此時(shí)在線程1的工作內(nèi)存中inc的值仍然為10管嬉，所以線程1對inc進(jìn)行加1操作后inc的值為11，然后將11寫入工作內(nèi)存朗鸠，最后寫入主存蚯撩。
那么兩個(gè)線程分別進(jìn)行了一次自增操作后，inc只增加了1烛占。
解釋到這里胎挎，可能有朋友會有疑問，不對啊忆家，前面不是保證一個(gè)變量在修改volatile變量時(shí)犹菇，會讓緩存行無效嗎？然后其他線程去讀就會讀到新的值弦赖，對项栏，這個(gè)沒錯(cuò)。這個(gè)就是上面的happens-before規(guī)則中的volatile變量規(guī)則蹬竖，但是要注意沼沈，線程1對變量進(jìn)行讀取操作之后流酬，被阻塞了的話，并沒有對inc值進(jìn)行修改列另。然后雖然volatile能保證線程2對變量inc的值讀取是從內(nèi)存中讀取的芽腾，但是線程1沒有進(jìn)行修改，所以線程2根本就不會看到修改的值页衙。
根源就在這里摊滔，自增操作不是原子性操作，而且volatile也無法保證對變量的任何操作都是原子性的店乐。
把上面的代碼改成以下任何一種都可以達(dá)到效果：
采用synchronized：
<code>public class Test {
public int inc = 0;
public synchronized void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保證前面的線程都執(zhí)行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}</code>
采用Lock：
<code>public class Test {
public int inc = 0;
Lock lock = new ReentrantLock();
public void increase() {
lock.lock();
try {
inc++;
} finally{
lock.unlock();
}
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保證前面的線程都執(zhí)行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}</code>
采用AtomicInteger：
<code>public class Test {
public AtomicInteger inc = new AtomicInteger();
public void increase() {
inc.getAndIncrement();
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保證前面的線程都執(zhí)行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
}</code>
在java 1.5的java.util.concurrent.atomic包下提供了一些原子操作類艰躺，即對基本數(shù)據(jù)類型的 自增（加1操作），自減（減1操作）眨八、以及加法操作（加一個(gè)數(shù)）腺兴，減法操作（減一個(gè)數(shù)）進(jìn)行了封裝，保證這些操作是原子性操作廉侧。atomic是利用CAS來實(shí)現(xiàn)原子性操作的（Compare And Swap）页响，CAS實(shí)際上是利用處理器提供的CMPXCHG指令實(shí)現(xiàn)的，而處理器執(zhí)行CMPXCHG指令是一個(gè)原子性操作段誊。
3.volatile能保證有序性嗎闰蚕？
在前面提到volatile關(guān)鍵字能禁止指令重排序，所以volatile能在一定程度上保證有序性连舍。
volatile關(guān)鍵字禁止指令重排序有兩層意思：
1）當(dāng)程序執(zhí)行到volatile變量的讀操作或者寫操作時(shí)没陡，在其前面的操作的更改肯定全部已經(jīng)進(jìn)行，且結(jié)果已經(jīng)對后面的操作可見烟瞧；在其后面的操作肯定還沒有進(jìn)行诗鸭；
2）在進(jìn)行指令優(yōu)化時(shí)，不能將在對volatile變量訪問的語句放在其后面執(zhí)行参滴，也不能把volatile變量后面的語句放到其前面執(zhí)行强岸。
可能上面說的比較繞，舉個(gè)簡單的例子：
//x砾赔、y為非volatile變量
//flag為volatile變量
x = 2; //語句1
y = 0; //語句2
flag = true; //語句3
x = 4; //語句4
y = -1; //語句5
由于flag變量為volatile變量蝌箍，那么在進(jìn)行指令重排序的過程的時(shí)候，不會將語句3放到語句1暴心、語句2前面妓盲，也不會講語句3放到語句4、語句5后面专普。但是要注意語句1和語句2的順序悯衬、語句4和語句5的順序是不作任何保證的。
并且volatile關(guān)鍵字能保證檀夹，執(zhí)行到語句3時(shí)筋粗，語句1和語句2必定是執(zhí)行完畢了的策橘，且語句1和語句2的執(zhí)行結(jié)果對語句3、語句4娜亿、語句5是可見的丽已。
那么我們回到前面舉的一個(gè)例子：
context = loadContext(); //語句1
inited = true; //語句2
//線程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
前面舉這個(gè)例子的時(shí)候，提到有可能語句2會在語句1之前執(zhí)行买决，那么久可能導(dǎo)致context還沒被初始化沛婴，而線程2中就使用未初始化的context去進(jìn)行操作，導(dǎo)致程序出錯(cuò)督赤。
這里如果用volatile關(guān)鍵字對inited變量進(jìn)行修飾嘁灯，就不會出現(xiàn)這種問題了，因?yàn)楫?dāng)執(zhí)行到語句2時(shí)躲舌，必定能保證context已經(jīng)初始化完畢旁仿。
4.volatile的原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)制
前面講述了源于volatile關(guān)鍵字的一些使用，下面我們來探討一下volatile到底如何保證可見性和禁止指令重排序的孽糖。
下面這段話摘自《深入理解Java虛擬機(jī)》：
“觀察加入volatile關(guān)鍵字和沒有加入volatile關(guān)鍵字時(shí)所生成的匯編代碼發(fā)現(xiàn)，加入volatile關(guān)鍵字時(shí)毅贮，會多出一個(gè)lock前綴指令”
lock前綴指令實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)存屏障（也成內(nèi)存柵欄）办悟，內(nèi)存屏障會提供3個(gè)功能：
1）它確保指令重排序時(shí)不會把其后面的指令排到內(nèi)存屏障之前的位置，也不會把前面的指令排到內(nèi)存屏障的后面滩褥；即在執(zhí)行到內(nèi)存屏障這句指令時(shí)病蛉，在它前面的操作已經(jīng)全部完成；
2）它會強(qiáng)制將對緩存的修改操作立即寫入主存瑰煎；
3）如果是寫操作铺然，它會導(dǎo)致其他CPU中對應(yīng)的緩存行無效。
五.使用volatile關(guān)鍵字的場景
synchronized關(guān)鍵字是防止多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行一段代碼酒甸，那么就會很影響程序執(zhí)行效率魄健，而volatile關(guān)鍵字在某些情況下性能要優(yōu)于synchronized，但是要注意volatile關(guān)鍵字是無法替代synchronized關(guān)鍵字的插勤，因?yàn)関olatile關(guān)鍵字無法保證操作的原子性沽瘦。通常來說，使用volatile必須具備以下2個(gè)條件：
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
實(shí)際上农尖，這些條件表明析恋，可以被寫入 volatile 變量的這些有效值獨(dú)立于任何程序的狀態(tài)，包括變量的當(dāng)前狀態(tài)盛卡。
事實(shí)上助隧，我的理解就是上面的2個(gè)條件需要保證操作是原子性操作，才能保證使用volatile關(guān)鍵字的程序在并發(fā)時(shí)能夠正確執(zhí)行
