理解 volatile
理解volatile其实还是有点儿难度的，它与Java的内存模型有关，所以在理解volatile之前需要先了解有关Java内存模型的概念，目前只做初步的介绍。
一、操作系统语义
计算机在运行程序时，每条指令都是在CPU中执行的，在执行过程中势必会涉及到数据的读写。
我们知道程序运行的数据是存储在主存中，这时就会有一个问题，读写主存中的数据没有CPU中执行指令的速度快，如果任何的交互都需要与主存打交道则会大大影响效率，所以就有了CPU高速缓存。
CPU高速缓存为某个CPU独有，只与在该CPU运行的线程有关。
1、产生数据一致性 / 内存不可见性问题
有了CPU高速缓存虽然解决了效率问题，但是它会带来一个新的问题：内存不可见性 ——> 数据一致性。
线程在运行的过程中会把主内存的数据拷贝一份到线程内部cache中，也就是working memory。这个时候多个线程访问同一个变量，其实就是访问自己的内部cache，不再与主存打交道，只有当运行结束后才会将数据刷新到主存中。
【举一个简单的例子】：
public class VariableTest {
public static boolean flag = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ThreadA threadA = new ThreadA();
ThreadB threadB = new ThreadB();
new Thread(threadA, "threadA").start();
Thread.sleep(1000l);//为了保证threadA比threadB先启动，sleep一下
new Thread(threadB, "threadB").start();
}
static class ThreadA extends Thread {
public void run() {
while (true) {
if (flag) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : flag is " + flag);
break;
}
}
}
}
static class ThreadB extends Thread {
public void run() {
flag = true;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : flag is " + flag);
}
}
}
运行结果：（光标一直在闪）
上面例子出现问题的原因在于：
（1）线程A把变量flag（false）加载到自己的内部缓存cache中；线程B修改变量flag后，即使重新写入主内存，但是线程A不会重新从主内存加载变量flag，看到的还是自己cache中的变量flag。所以线程A是读取不到线程B更新后的值，然后一直死循环...
（2）除了cache的原因，重排序后的指令在多线程执行时也有可能导致内存不可见，由于指令顺序的调整，线程A读取某个变量的时候线程B可能还没有进行写入操作呢，虽然代码顺序上写操作是在前面的。
2、解决缓存一致性方案
- 通过在总线加LOCK#锁的方式
- 通过缓存一致性协议
但是方案1存在一个问题：它是采用一种独占的方式来实现的，即总线加LOCK#锁的话，只能有一个CPU能够运行，其他CPU都得阻塞，效率较为低下。
第二种方案：缓存一致性协议（MESI协议）确保每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。
核心思想如下：当某个CPU在写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，则会通知其他CPU告知该变量的缓存行是无效的，因此其他CPU在读取该变量时，发现其无效会重新从主存中加载数据。
二、Java内存模型
1、共享变量
共享变量是指：可以同时被多个线程访问的变量，共享变量是被存放在堆里面，所有的方法内的临时变量都不是共享变量。
2、有序性 （happens-before原则）
一个线程观察其他线程中的指令执行顺序，由于指令重排序，该观察结果一般杂乱无序
重排序：是指为了提高指令运行的性能，在编译时或者运行时对指令执行顺序进行调整的机制。重排序分为编译重排序和运行时重排序。
编译重排序是指：编译器在编译源代码的时候就对代码执行顺序进行分析，在遵循as-if-serial的原则前提下对源码的执行顺序进行调整。
运行时重排序：是指为了提高执行的运行速度，系统对机器的执行指令的执行顺序进行调整。
【as-if-serial原则】是指在单线程环境下，无论怎么重排序，代码的执行结果都是确定的。
3、可见性（synchronized,volatile）
内存的可见性是指线程之间的可见性，一个线程的修改状态对另外一个线程是可见的，用通俗的话说，就是假如一个线程A修改一个共享变量flag之后，则线程B去读取，一定能读取到最新修改的flag。
（看上边示例）
Java提供了volatile来保证可见性。
当一个变量被volatile修饰后，表示着线程本地内存无效，当一个线程修改共享变量后他会立即被更新到主内存中，当其他线程读取共享变量时，它会直接从主内存中读取。
当然，synchronize和锁都可以保证可见性。
4、原子性（atomic,synchronized）
原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作。 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。就像数据库里面的事务一样，他们是一个团队，同生共死。
在单线程环境下我们可以认为整个步骤都是原子性操作，但是在多线程环境下则不同，Java只保证了基本数据类型的变量和赋值操作才是原子性的。
要想在多线程环境下保证原子性，则可以通过锁、synchronized来确保。
// 一个很经典的例子就是银行账户转账问题：
比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。
假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止（B此时并没有收到）。
然后A又从B取出了500元，取出500元之后，再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元（少了500）。
所以这2个操作必须要具备原子性（不可分割的最小操作单位）才能保证不出现一些意外的问题。
三、volatile原理
（1）使用volatile的变量依然会被读到线程内部cache中，只不过当B线程修改了flag后，会将flag写回主内存，同时会通过 CPU 总线嗅探机制通知到A线程去同步内存中flag的值，并且禁止指令重排序，可以保证内存的可见性和数据的一致性。
（2）线程读取数据的时候直接读写内存，同时volatile不会对变量加锁，因此性能会比synchronized好。
volatile相对于synchronized稍微轻量些，在某些场合它可以替代synchronized，但是又不能完全取代synchronized，只有在某些场合才能够使用volatile。
使用它必须满足如下两个条件：
// 1、对变量的写操作不依赖当前值；
// 2、该变量没有包含在具有其他变量的不变式中
volatile经常用于两个两个场景：状态标记、double check（单例模式）
参考： https://zhuanlan.zhihu.com/p/138819184
