详解Volatile关键字

一、概述
volatile是Java中的关键字，用来修饰会被不同线程访问和修改的变量，它可以保证并发编程三大特征（原子性、可见性、有序性）中的可见性和有序性，不能保证原子性。

二、作用
1.线程的可见性：当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。
2. 保证有序性：禁止指令重排序。

（1）线程的可见性
先通过例子看下：

public class VolatileDemo {
    boolean show = true;

    public void updateShow() {
        this.show = false;
        System.out.println("修改show值为：" + this.show);
    }

    public static void main(String[] args) {
        VolatileDemo demo = new VolatileDemo();
        new Thread(() -> {
            while (demo.show) {
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
        }, "Thread1").start();

        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                demo.updateShow();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }, "Thread2").start();

    }
}

打印结果可知，虽然线程Thread2已经把show 修改为false了，但是线程Thread1没有读取到show 修改后的值，线程一直在运行。
我们把show变量加上volatile：

    volatile  boolean show = true;

打印结果可知 ，Thread1结束，说明Thread1读取到了show 修改后的值。

由此可知，加了volatile关键字修饰的变量，只要有一个线程将主内存中的变量值做了修改，其他线程都将马上收到通知，立即获得最新值。当写线程写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地工作内存中的共享变量值刷新到主内存。当读线程读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地工作内存置为无效，线程将到主内存中重新读取共享变量。

volatile可见性的实现是借助了CPU的lock指令，lock指令在多核处理器下，可以将当前处理器的缓存行的数据写回到系统内存，同时使其他CPU里缓存了该内存地址的数据置为无效。通过在写volatile的机器指令前加上lock前缀，使写volatile具有以下两个原则：
1.写volatile时处理器会将缓存写回到主内存。
2.一个处理器的缓存写回到内存，会导致其他处理器的缓存失效。

（2）保证有序性(禁止指令重排序)
计算机在执行程序时，为了提高计算性能，编译器和处理器常常会对指令进行重排序，一般分为如下3种：
源代码 ——> 编译器优化的重排 ——> 指令并行的重排 ——>内存系统的重排 ——> 最终执行的指令

有序性的实现原理：
volatile有序性的保证就是通过禁止指令重排序来实现的。指令重排序包括编译器和处理器重排序，JMM会分别限制这两种指令重排序。

volatile通过加内存屏障来实现禁止指令重排序。JMM为volatile加内存屏障有以下4种情况：

1）在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障，防止写volatile与后面的写操作重排序。

2）在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障，防止写volatile与后面的读操作重排序。

3）在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障，防止读volatile与后面的读操作重排序。

4）在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障，防止读volatile与后面的写操作重排序。

（3）不保证原子性
​ 原子性指的是，当某个线程正在执行某件事情的过程中，是不允许被外来线程打断的。也就是说，原子性的特点是要么不执行，一旦执行就必须全部执行完毕。而volatile是不能保证原子性的，即执行过程中是可以被其他线程打断甚至是加塞的。

volatile变量的原子性与synchronized的原子性是不同的。synchronized的原子性是指，只要声明为synchronized的方法或代码块，在执行上就是原子操作的，而volatile是不修饰方法或代码块的，它只用来修饰变量，对于单个volatile变量的读和写操作都具有原子性，但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。

因此，volatile的原子性是受限制的，在多线程环境中，volatile并不能保证原子性。