volatile 关键字有什么用？它的实现原理是什么？

volatile 

volatile是Java中的一个关键字，用于修饰变量，表示该变量是“易变的”（Volatile）。 volatile 关键字有两个作用：

• 可以保证在多线程环境下共享变量的可见性。
• 通过增加内存屏障防止多个指令之间的重排序。

可见性，是指当某一个线程对共享变量的修改，其他线程可以立刻看到修改之后的值。其实这个可见性问题，我认为本质上是由几个方面造成的。 

可见性

CPU 层面的高速缓存，在 CPU 里面设计了三级缓存去解决 CPU 运算效率和内存 IO 效率问题，但是带来的就是缓存的一致性问题，而在多线程并行执行的情况下，缓存一致性就会导致可见性问题。

 所以，对于增加了 volatile 关键字修饰的共享变量，JVM 虚拟机会自动增加一个#Lock汇编指令，这个指令会根据 CPU 型号自动添加总线锁或/缓存锁：

• 总线锁是锁定了 CPU 的前端总线，从而导致在同一时刻只能有一个线程去和内存通信，这样就避免了多线程并发造成的可见性。
• 缓存锁是对总线锁的优化，因为总线锁导致了 CPU 的使用效率大幅度下降，所以缓存锁只针对 CPU 三级缓存中的目标数据加锁，缓存锁是使用 MESI 缓存一致性来实现的。

指令重排序

指令重排序，所谓重排序，就是指令的编写顺序和执行顺序不一致，在多线程环境下导致可见性问题。指令重排序本质上是一种性能优化的手段，它来自于几个方面：

• CPU 层面，针对 MESI 协议的更进一步优化去提升 CPU 的利用率，引入了StoreBuffer 机制，而这一种优化机制会导致 CPU 的乱序执行。当然为了避免这样的问题，CPU 提供了内存屏障指令，上层应用可以在合适的地方插入内存屏障来避免 CPU 指令重排序问题。
• 编译器的优化，编译器在编译的过程中，在不改变单线程语义和程序正确性的前提下，对指令进行合理的重排序优化来提升性能。

总结

所以，如果对共享变量增加了 volatile 关键字，那么在编译器层面，就不会去触发编译器优化，同时再 JVM 里面，会插入内存屏障指令来避免重排序问题。当然，除了 volatile 以外，从 JDK5 开始，JMM 就使用了一种 Happens-Before 模型去描述多线程之间的内存可见性问题。如果两个操作之间具备 Happens-Before 关系，那么意味着这两个操作具备可见性关系，不需要再额外去考虑增加 volatile 关键字来提供可见性保障。