Java volatile關鍵字用於將Java變量標記爲“存儲在主內存中”。更準確地說，這意味着每次對volatile變量的讀取都將從計算機的主內存中讀取，而不是從CPU緩存中讀取，並且對volatile變量的每次寫入都將被寫入主內存中，而不僅是CPU緩存。
事實上，從Java 5開始，volatile關鍵字保證了volatile變量不僅僅是寫入主內存或者是從主內存讀取，我將從下面幾個方面進行解釋。
01、變量可見性問題
Java volatile關鍵字可確保跨線程更改變量的可見性。這聽起來有點抽象，下面來詳細說明。
在多線程應用中，線程對非易失性變量進行操作，出於性能方面的考慮，每個線程在進行操作時都可以將主內存中的變量複製到CPU緩存中。如果計算機包含多個CPU，則每個線程可能在不同的CPU上運行。這意味着，每個線程可以將變量複製到不同CPU的CPU緩存中。我們來看個例子：
對於非易失性變量，無法保證Java虛擬機（JVM）何時將數據從主存讀取到CPU緩存，何時將數據從CPU緩存寫入主存。這可能會導致一些問題，這些都將在下面一起解釋。
設想一種情況，有兩個或多個線程可以訪問一個共享對象，該共享對象包含一個聲明爲以下內容的計數器變量：
public class SharedObject {public int counter = 0;}
想象一下，只有線程1遞增計數器變量，但線程1和線程2都可能時不時地讀取計數器變量。
如果計數器變量未聲明爲volatile，則無法保證計數器變量的值何時從CPU緩存寫入主內存。這意味着，CPU緩存中的計數器變量值可能與主內存中的不同。這種情況如下所示：
線程看不到變量的最新值，因爲它還沒有被另一個線程寫回主內存的問題，稱爲“可見性”問題。一個線程的更新對其他線程不可見。
02、Java volatile可見性保證
Java volatile關鍵字旨在解決變量可見性問題。通過聲明計數器變量爲volatile，所有對計數器變量的寫操作將立即寫回到主內存中。同樣，計數器變量的所有讀取將直接從主內存中讀取。
我們對上面的計數器變量加上volatile關鍵字聲明，像這樣：
public class SharedObject {public volatile int counter = 0;}
因此，將變量聲明爲volatile可以保證對該變量的其他寫入線程的可見性。
在上面給出的場景中，一個線程（T1）修改計數器，另一個線程（T2）讀取計數器（但從不修改），聲明計數器變量volatile足以保證T2對計數器變量的寫入可見性。
但是，如果T1和T2都在遞增計數器變量，那麼聲明計數器變量volatile是不夠的，這個以後再說。
完全易失的可見性保證（Full volatile Visibility Guarantee）
實際上，Java volatile的可見性保證超出了volatile變量本身。可見性保證如下：
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如果線程A寫入易失性變量，並且線程B隨後讀取相同的易失性變量，則在寫入易失性變量之前線程A可見的所有變量在線程B讀取易失性變量後也將可見。
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如果線程A讀取了易失性變量，則在讀取易失性變量時線程A可見的所有所有變量也將從主內存中重新讀取。
我用代碼示例來說明這一點：
public class MyClass {private int years;private int monthsprivate volatile int days;public void update(int years, int months, int days){this.years = years;this.months = months;this.days = days;}}
udpate（）方法寫入三個變量，其中只有days是可變的。
完全易失的可見性保證意味着，當將值寫入days時，線程可見的所有變量也將寫入主內存。這意味着，當將值寫入days時，years和months的值也將寫入主內存中。
在讀取years，months和days的值時，可以這樣：
public class MyClass {private int years;private int monthsprivate volatile int days;public int totalDays() {int total = this.days;total += months * 30;total += years * 365;return total;}public void update(int years, int months, int days){this.years = years;this.months = months;this.days = days;}}
注意：totalDays（）方法首先將days的值讀入total變量。當讀取days的值時，months和years的值也會被讀入主內存，因此，可以保證按照上述讀取順序查看days，months和years的最新值。
03、指令重排挑戰性
出於性能原因，允許Java VM和CPU對程序中的指令進行重新排序，只要指令的語義含義保持相同即可。例如，看下面這個指令：
int a = 1;int b = 2;a++;b++;
這些指令可以重新排序爲以下順序，而不會丟失程序的語義：
int a = 1;a++;int b = 2;b++;
然而，當其中一個變量是volatile易失性變量時，指令重新排序是一個挑戰。讓我們看一下前面示例中的MyClass類：
public class MyClass {private int years;private int monthsprivate volatile int days;public void update(int years, int months, int days){this.years = years;this.months = months;this.days = days;}}
update（）方法將值寫入days後，新寫入的years和months值也將寫入主內存。但是，如果Java VM重新對指令進行排列，比如：
public void update(int years, int months, int days){this.days = days;this.months = months;this.years = years;}
當days變量被修改時，months和years的值仍會寫入主內存，但這次是在新值寫入months和years之前發生的。因此，新值對其他線程來說是不可見的。重新排序的指令的語義已更改。
Java有解決此問題的方法，我們將在後面看到。
04、Java易失性發生之前保證
爲了解決指令重新排序的難題，除了可見性保證之外，Java volatile關鍵字還提供易失性發生之前（“happens-before”）保證。發生之前保證保證了：
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如果讀/寫最初發生在對volatile變量的寫入之前，則不能將對其他變量的讀/寫重新排序爲在對volatile變量的寫入之後發生。在寫入volatile變量之前的讀/寫保證在寫入volatile變量之前“發生”。注意，例如，在對volatile的寫操作之後的其他變量的讀/寫操作仍有可能在對volatile的寫操作之前重新排序。但不是相反。允許從後到前，但不允許從前到後。
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如果讀取/寫入最初發生在讀取volatile變量之後，則不能將對其他變量的讀取和寫入重新排序爲在讀取volatile變量之前發生。注意，在volatile變量的讀取之前發生的其他變量的讀取可能會被重新排序爲在volatile變量的讀取之後發生。但不是相反。允許從前到後，但不允許從後到前。
上述“易失性發生之前（“happens-before”）確保強制執行volatile關鍵字的可見性保證。
05、聲明volatile還不一定夠
即使volatile關鍵字保證所有volatile變量的讀取都直接從主存中讀取，並且所有對volatile變量的寫入都直接寫入主存，但在某些情況下，聲明變量volatile還不夠。
在前面解釋的只有線程1寫入共享計數器變量的情況下，聲明計數器變量爲volatile，足以確保線程2始終看到最新的寫入值。
實際上，如果寫入變量的新值不依賴於先前的值，則多個線程甚至可能正在寫入一個共享的volatile變量，並且仍將正確的值存儲在主內存中。換句話說，如果線程首先將值寫入共享的volatile變量，則不需要先讀取其值即可找出下一個值。
一旦線程需要首先讀取volatile變量的值，並基於該值爲共享的volatile變量生成新值，則volatile變量將不再足以保證正確的可見性。讀取volatile變量與寫入新值之間的時間間隔很短，從而造成競爭狀態，多個線程可能會讀取volatile變量的同一個值，爲該變量生成一個新值，並且在將該值寫入主內存時 - 覆蓋彼此的值。
多個線程遞增同一個計數器的情況正是這樣一種情況，即聲明volatile變量還不夠。下面將更詳細地解釋此案例。
想象一下，如果線程1將一個值爲0的共享計數器變量讀入其CPU高速緩存中，將其遞增爲1，而不是將更改後的值寫回到主內存中。然後，線程2可以從主內存中（該變量的值仍爲0）讀取相同的計數器變量到其自己的CPU高速緩存中。然後線程2還可將計數器增加到1，並且也不會將其寫回主內存。下圖說明了這種情況：
線程1和線程2現在實際上不同步。共享計數器變量的實際值應該是2，但每個線程的CPU緩存中都有該變量的值1，但在主內存中該值仍然爲0。這是糟糕的，即使線程最終將共享計數器變量的值寫回主內存，該值也會出錯。
06、什麼時候聲明volatile變量就足夠
如前所述，如果兩個線程都在讀寫一個共享變量，那麼使用volatile關鍵字是不夠的。在這種情況下，您需要使用synchronized來保證變量的讀寫是原子的。讀取或寫入volatile變量不會阻塞線程的讀取或寫入。爲此，必須在關鍵部分使用synchronized關鍵字。
作爲同步塊的替代方法，您還可以使用java.util.concurrent包中提供的許多原子數據類型之一。例如，AtomicLong或AtomicReference或其他之一。
如果只有一個線程讀取和寫入volatile變量的值，而其他線程只讀取該變量，那麼讀取線程將保證看到寫入volatile變量的最新值。如果不將變量聲明volatile，就無法保證這一點。
volatile關鍵字保證可以在32位和64位變量上使用。
07、volatile的性能考慮
讀寫volatile變量會使該變量被讀寫到主存。與訪問CPU緩存相比，讀寫主內存的開銷更大。訪問volatile變量還可以防止指令重新排序，這是一種常見的性能增強技術。因此，只有在確實需要增強變量的可見性時，才應該使用volatile變量。