认识java关键字volatile

Java 中 Volatile关键字的作用

     在java多线程中如何保证线程的安全性？ 我们可以使用Synchronized同步锁来给需要多个线程访问的代码块加锁以保证线程安全性。使用synchronized虽然可以解决多线程安全问题，但是弊端也明显：加锁后多个线程需要判断锁，
 较为消耗资源， 所以就有个volatile关键字，一种轻量级的解决方案。
 
 想要理解volatile为什么能确保可见性，就要先理解java中的内存模型是什么样的？
 Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中。 每条线程中还有自己的工作内存， 线程的工作内存中保存了被该线程所使用到的变量（这些变量是从主内存中拷贝而来的）。
 线程对变量的所有操作（读取，赋值）都必须在工作内存中进行。 不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量， 线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。
 
 缓存一致性问题？
 如何确保共享变量在多线程访问时能够正确输出结果呢？
 并发编程的三大概念： 原子性，有序性，可见性。
 
原子性： 即一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

Java中的原子性
  在java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要不不执行。
  java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现。
由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

三，可见性
可见性： 是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值， 其它线程能够立即看得到修改的值。

java中的可见性
  对于可见性， java提供了volatile 关键字来保证可见性。
  当一个共享变量被volatile修饰时， 它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其它线程需要读取时， 它会去内存中读取新值。
而普通的共享变量不能保证可见性， 因为普通共享变量被修改之后， 什么时候被写入主存是不确定的，当其它线程去读取时， 此时内存中
可能还是原来的旧值， 因此无法保证可见性。
另外，通过synchronized和lock也能够保证可见性， synchronized和lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，
并且在释放锁之前会将变量的修改刷新到主存当中。 因此可以保证可见性。

四、有序性
 有序性： 即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
执行重排序（Instruction Reorder）:一般来说， 处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化， 它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，
但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果， 但是多线程的时候会影响。
 要想并发程序正确地执行， 必须要保证原子性，可见性以及有序性。 只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

 java中的有序性
 通过volatile 关键字来保证一定的有序性。
 
 五、深入理解volatile关键字
 1.volatile保证可见性
 一旦①个共享变量（类的成员变量，类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
1） 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性， 即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其它线程来说是立即可见的。
2） 禁止进行指令重排序。
voliatle不能确保原子性。
六、volatile的实现原理
1.可见性
    处理器为了提高处理速度，不直接和内存进行通讯，而是将系统内存的数据读到内部缓存后再进行操作，但操作完后不知什么时候会写到内存。
如果对声明了volatile变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写到系统内存，这一步确保了如果有
其它线程对声明了volatile变量进行修改，则立即更新主内存中数据。
但这丝毫其它处理器的缓存还是旧的，所以在多处理器环境下，为了保证各个处理器缓存一致，每个处理会通过嗅探在总线上传播的数据来检查，自己的缓存是否过期，
当处理器要对这个数据进行修改操作时，会强制重新从系统内存把数据读到处理器缓存里，这一步确保了其它线程获得的声明volatile变量都是从主内存中获取最新的。
2.有序性
Lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（内存栅栏），它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到
内存屏障的后面， 即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成。
七、volatile的应用场景
synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能优于synchronized，
但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。
通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：
1） 对变量的写操作不依赖于当前值。
2）该变量没有包含在具有其它变量的不变式中。
下面列举几个java中使用volatile的几个场景。
1. 状态标记量
2.单例模式中的doublecheck