Java的volatile关键字
简要说明它的作用：
一：线程可见性
一个变量在某个线程里修改了它的值，如果使用了volatile关键字，那么别的线程可以马上读到修改后的值。
二：指令重排序
没加之前，指令是并发执行的，第一个线程执行到一半另一个线程可能开始执行了。加了volatile关键字后，不同线程是按照顺序一步一步执行的。
线程可见性原理
用volatile修饰的变量，线程在每次使用变量的时候，都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用，用来进行原子性操作。
如果要深入了解volatile关键字的作用，就必须先来了解一下JVM在运行时候的内存分配过程。
在 java 垃圾回收整理一文中，描述了jvm运行时刻内存的分配。其中有一个内存区域是jvm虚拟机栈，每一个线程运行时都有一个线程栈，
线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候，首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值，然后把堆内存
变量的具体值load到线程本地内存中，建立一个变量副本，之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系，而是直接修改副本变量的值，
在修改完之后的某一个时刻（线程退出之前），自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图
描述这写交互！
那么在了解完JVM在运行时候的内存分配过程以后，我们开始真正深入的讨论volatile的具体作用
请看代码:
1 public class VolatileTest extends Thread {
2
3 boolean flag = false;
4 int i = 0;
5
6 public void run() {
7 while (!flag) {
8 i++;
9 }
10 }
11
12 public static void main(String[] args) throws Exception {
13 VolatileTest vt = new VolatileTest();
14 vt.start();
15 Thread.sleep(2000);
16 vt.flag = true;
17 System.out.println("stope" + vt.i);
18 }
19 }
上面的代码是通过标记flag来控制VolatileTest线程while循环退出的例子!
下面让我用伪代码来描述一下我们的程序
- 首先创建 VolatileTest vt = new VolatileTest();
- 然后启动线程 vt.start();
- 暂停主线程2秒（Main） Thread.sleep(2000);
- 这时的vt线程已经开始执行，进行i++;
- 主线程暂停2秒结束以后将 vt.flag = true;
- 打印语句 System.out.println("stope" + vt.i); 在此同时由于vt.flag被设置为true,所以vt线程在进行下一次while判断 while (!flag) 返回假 结束循环 vt线程方法结束退出！
- 主线程结束
上面的叙述看似并没有什么问题，“似乎”完全正确。那就让我们把程序运行起来看看效果吧，执行mian方法。2秒钟以后控制台打印stope-202753974。
可是奇怪的事情发生了 程序并没有退出。vt线程仍然在运行，也就是说我们在主线程设置的 vt.flag = true;没有起作用。
在这里我需要说明一下，有的同学可能在测试上面代码的时候程序可以正常退出。那是因为你的JVM没有优化造成的！在DOC下面输入 java -version 查看 如果显示Java HotSpot(TM) ... Server 则JVM会进行优化。
如果显示Java HotSpot(TM) ... Client 为客户端模式，需要设置成Server模式 设置方法问Google
问题出现了，为什么我在主线程（main）中设置了vt.flag = true; 而vt线程在进行判断flag的时候拿到的仍然是false?
那么按照我们上面所讲的 “JVM在运行时候的内存分配过程” 就很好解释上面的问题了。
首先 vt线程在运行的时候会把 变量 flag 与 i (代码3,4行)从“主内存” 拷贝到 线程栈内存（上图的线程工作内存）
然后 vt线程开始执行while循环
7 while (!flag) {
8 i++;
9 }
while (!flag)进行判断的flag 是在线程工作内存当中获取，而不是从 “主内存”中获取。
i++; 将线程内存中的i++; 加完以后将结果写回至 "主内存"，如此重复。
然后再说说主线程的执行过程。 我只说明关键的地方
vt.flag = true;
主线程将vt.flag的值同样 从主内存中拷贝到自己的线程工作内存 然后修改flag=true. 然后再将新值回到主内存。
这就解释了为什么在主线程（main）中设置了vt.flag = true; 而vt线程在进行判断flag的时候拿到的仍然是false。那就是因为vt线程每次判断flag标记的时候是从它自己的“工作内存中”取值，而并非从主内存中取值！
这也是JVM为了提供性能而做的优化。那我们如何能让vt线程每次判断flag的时候都强制它去主内存中取值呢。这就是volatile关键字的作用。
再次修改我们的代码
public class VolatileTest extends Thread {
volatile boolean flag = false;
int i = 0;
public void run() {
while (!flag) {
i++;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
VolatileTest vt = new VolatileTest();
vt.start();
Thread.sleep(2000);
vt.flag = true;
System.out.println("stope" + vt.i);
}
}
指令重排序原理
计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令重排，一般分为以下三种：
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 -> 最终执行指令单线程环境里面确保最终执行结果和代码顺序的结果一致
处理器在进行重排序时，必须要考虑指令之间的数据依赖性
多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。
Volatile实现禁止指令重排优化，从而避免了多线程环境下程序出现乱序执行的现象
首先了解一个概念，内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：
- 保证特定操作的顺序
- 保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）
由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说 通过插入内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化。 内存屏障另外一个作用是刷新出各种CPU的缓存数，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。
也就是过在Volatile的写 和 读的时候，加入屏障，防止出现指令重排的
| 屏障类型 | 指令示例 | 说明 |
|---|---|---|
| LoadLoad | Load1;LoadLoad;Load2 | 保证Load1的读取操作在Load2及后续读取操作之前执行 |
| StoreStore | Store1;StoreStore;Store2 | 在Store2及其后的写操作执行前，保证Store1的写操作已刷新到主内存 |
| LoadStore | Load1;LoadStore;Store2 | 在Store2及其后的写操作执行前，保证Load1的读操作已读取结束 |
| StoreLoad | Store1;StoreLoad;Load2 | 保证load1的写操作已刷新到主内存之后，load2及其后的读操作才能执行 |
工作内存与主内存同步延迟现象导致的可见性问题
- 可通过synchronized或volatile关键字解决，他们都可以使一个线程修改后的变量立即对其它线程可见
对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题
- 可以使用volatile关键字解决，因为volatile关键字的另一个作用就是禁止重排序优化
部分来源于：https://www.cnblogs.com/bbgs-xc/p/12731769.html和https://www.cnblogs.com/daxin/p/3364014.html
