volatile是Java的一个关键字，用来修饰变量，被volatile修饰的变量，在每次更新之后会立刻刷新到主内存中，令缓存行无效，其他线程从主内存读取的会是最新值，保证变量的可见性，常用于并发编程中。
这么一说有些抽象，要想说明白这其中原理，还要从Java内存模型说起。
1. CPU、内存和高速缓存
我们都知道，在计算机中指令由CPU执行，这个过程就包括读取数据、操作数据和写出数据。程序在运行时，数据是存储在物理内存中的，也就是平时说的内存条。CPU在执行指令时，将数据从内存读入，操作之后，再将数据写出到内存，而CPU读写速度之快，远远超过内存的读写速度，这势必会大大拉低CPU的速度，所以高速缓存应运而生。
程序在运行时，先将需要的数据复制一份到高速缓存中，等到CPU执行指令时从高速缓存中读入数据，操作完之后写出到高速缓存中，程序执行完成后，再将高速缓存中的数据刷新到内存中，这样一来更好的利用了CPU的性能，提高了整体的运行速度。
这种设计，在单线程编程中是可以的，但是到了多线程并发编程时，就会有意想不到的结果。比如，两个线程同时操作内存中的一个值为0的变量，同时将其读入到各自的高速缓存中，CPU先将线程一的变量加1，结果为0+1=1，然后刷新到内存中；然后再将线程二的变量加1，由于在这个线程读入变量时并没有加1，所以读进来的值也是0，加1后为1，然后再写入到内存中，两个线程各自执行了一次加1，但最后结果却是1，问题就来了。
2. 并发编程中的三个概念
原子性：原子不可分割，顾名思义，一个或多个操作要么全部执行，要么就全部不执行。在Java中，对原始类型变量的读取和赋值操作是不可中断的原子操作，这里的赋值是指将一个确定的值赋给变量，如a=1，而不是将另一个变量的值赋给另一个变量，如a=b，这里面包含两步操作，需要先读取b的值，然后再将值赋给a。比如使用new关键字实例化对象时，需要先请求分配地址空间，然后再给地址空间了每一个变量赋默认值
可见性：如同上面那个例子，两个线程同时修改一个变量时，之所以会出现错误的结果，是因为当线程一修改完变量的值时，线程二并不知道，以至于在一个旧的值上继续操作。多个线程同时操作一个变量，一个线程修改了它的值后，其他线程能够读到最新的值，这就是可见性，被volatile修饰的变量，就具有这种可见性。
有序性：为了进一步提高执行效率，JVM虚拟机会对指令的顺讯重现排列，所以代码可能并不会按照定好先后顺序来执行代码。但这其中也有一些规定，如果语句2不依赖于语句1的结果，那么本位于后面的语句2可能会先于语句1执行，如果语句2依赖于语句1，则不会前置执行。举一个指令重排在并发编程中的问题：线程一种执行两个语句，语句1是初始化资源，语句2是将是否初始化标志位置为true，一般来说，当执行到语句2，也就是标志位为true时，就可以认为语句1已经执行过，资源已经初始化完成；线程2则是一直等待标志位，直到为true时，开始进行后续的操作。线程一中，由于只修改标志位不依赖初始化操作，所以可能会先于初始化执行，这时线程二判断已经初始化，就会开始后面的操作，而实际上并没有完成初始化，程序就不会按照设计的执行。
因此，要想多线程并发时能够正确执行，就必须保证这三个特性。
3. Java内存模型JMM（Java Memory Model）
Java虚拟机JVM规范中定义了一种内存模型，用以来屏蔽不同硬件平台和操作系统间的差异，从而实现其跨平台的特性。简而言之，Java内存模型规定所有的变量都是存在主内存当中，每个线程都有自己的工作内存，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主内存进行操作，同时，每个线程不可访问其他线程的工作内存。
主内存可以看作是上面提到的物理内存，而每个线程的工作内存可以看作是高速缓存，每个线程在执行程序时，需要先将数据从主内存复制一份到自己的工作内存中，等待CPU处理完之后，再将工作内存中的数据刷回到主存中，到此执行完成。
4. volatile在并发编程中
第一点，原子性。volatile无法保证原子性。
1 | public volatile int inc = 0; |
线程一和线程二同时对变量inc执行自增操作100次，能保证最后的结果是200吗？不能。可能觉得不对，刚刚不是才说过，被volatile修饰的变量在修改之后会立刻刷新回主存，同时让其他线程的工作内存中的缓存无效，那为什么执行200次结果却不是200呢？这便是volatile无法保证原子性。
程序开始执行时，线程一从主存中把inc的值复制到一份到其工作内存中，此时线程一被挂起。为什么有可能会被挂起呢，因为在多线程并发编程中，分到CPU时间片的线程才能执行操作，没有分到时间片时就要挂起等待，而CPU时间片的分配是由系统决定的。这时，线程二开始执行，根据JMM同样需要将主存中inc的值复制一份到自己的工作内存中，由于此时线程一还没有修改inc的值，所以读到的还是0，然后继续执行自增操作，最后再将inc的最新值1刷回到主存中。此时线程一释放，继续执行，因为已经将inc加载进来，便不会再去加载，而是执行增加操作，得到1，最后将1刷新回主存中。
因为自增操作包含读取、操作、再赋值多个操作，被或不被volatile修饰的区别在于，被修饰的变量在操作后会立即刷新到主存中，没有被修饰的变量在修饰后刷回到主存的时机不确定。每个线程只能操作自己的工作线程而不能操作其他线程的，故而主存是它们的交互通道，volatile只能保证主存中的值一定是最新的，却不能保证其他线程的值是最新，如果在中间的某个步骤被阻塞挂起，就无法保证最终结果的准确性。
要解决这个问题，有多重方式，比如synchronized、Lock等，另自增操作同一时刻只有一个线程在操作便可。
第二点，可见性。这一点在上面也已基本上说明，这里就不再重复。
第三点，有序性。volatile能够禁止指令重排，它会形成一个内存屏障，也称内存栅栏。在volatile变量读写操作前的指令，一定会先执行，在其后面的指令一定会后执行。屏障前的指令可能会重排，但是不会越过屏障，同样，屏障后面的指令也可能会重排，但是也不会越过屏障。
5. volatile的原理和实现机制
观察加入vlatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令，lock前缀即位内存屏障，有3个功能：
- 它确保屏障前后的指令不会跨越屏障
- 它强制对缓存的修改操作立即写入主存（缓存即为线程的工作内存）
- 如果是写操作，会导致其他CPU中对应的缓存行无效（缓存行无效后便会从主存读取，保证可见性）
