必会知识点：
- volatile关键字底层原理：并发编程的艺术page9
- 作用：保证可见性，保证有序性
- 应用：单例模式双重锁
一、volatile关键字：
volatile是一种稍弱的同步机制，它在多线程开发中保证了共享变量的可见性。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。如果volatile使用恰当，要比sychronized的使用和执行成本更低，因为它不会出现线程上下文的切换和调度。
二、前置知识：
1、计算机中为什么会出现线程不安全的问题：主内存和高速缓存的作用
计算机在执行程序时，每条指令都是在CPU中执行的，而执行指令过程中会涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存（物理内存）当中的，这时就存在一个问题，由于CPU执行速度很快，而从内存读取数据和向内存写入数据的过程跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多，因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行，会大大降低指令执行的速度。
为了处理这个问题，在CPU里面就有了高速缓存(Cache)的概念。当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。
举个简单的例子，比如cpu在执行下面这段代码的时候,会先从高速缓存中查看是否有t的值，如果有，则直接拿来使用，如果没有，则会从主存中读取，读取之后会复制一份存放在高速缓存中方便下次使用。之后cup进行对t加1操作，然后把数据写入高速缓存，最后会把高速缓存，的数据刷新到主存中。
t = t + 1;
这一过程在单线程运行是没有问题的，但是在多线程中运行就会有问题了。在多核CPU中，每条线程可能运行于不同的CPU中，因此每个线程运行时有自己的高速缓存（对单核CPU来说，其实也会出现这种问题，只不过是以线程调度的形式来分别执行的，本次讲解以多核cup为主）。这时就会出现同一个变量在两个高速缓存中的值不一致问题了。
例如：两个线程分别读取了t的值，假设此时t的值为0，并且把t的值存到了各自的高速缓存中，然后线程1对t进行了加1操作，此时t的值为1，并且把t的值写回到主存中。但是线程2中高速缓存的值还是0，进行加1操作之后，t的值还是为1，然后再把t的值写回主存。此时，就出现了线程不安全问题了。
2、Java中的线程安全问题：
上面那种线程安全问题，可能对于不同的操作系统会有不同的处理机制，例如Windows操作系统和Linux的操作系统的处理方法可能会不同。我们都知道，Java是一种夸平台的语言，因此Java这种语言在处理线程安全问题的时候，会有自己的处理机制，例如volatile关键字，synchronized关键字，并且这种机制适用于各种平台。
Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中（类似于前面说的物理内存），每个线程都有自己的工作内存（类似于前面的高速缓存）。线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作。并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。由于java中的每个线程有自己的工作空间，这种工作空间相当于上面所说的高速缓存，因此多个线程在处理一个共享变量的时候，就会出现线程安全问题。
共享变量：这里简单解释下共享变量，上面我们所说的t就是一个共享变量，也就是说，能够被多个线程访问到的变量，我们称之为共享变量。在java中共享变量包括实例变量，静态变量，数组元素。他们都被存放在堆内存中。
三、volatile关键字的作用：
1、保证 “可见性” ：
（1）什么是可见性：在多线程环境下，某个共享变量如果被其中一个线程给修改了，其他线程能够立即知道这个共享变量已经被修改了，当其他线程要读取这个变量的时候，最终会去内存中读取，而不是从自己的工作空间中读取。
例如我们上面说的，当线程1对t进行了加1操作并把数据写回到主存之后，线程2就会知道它自己工作空间内的t已经被修改了，当它要执行加1操作之后，就会去主存中读取。这样，两边的数据就能一致了。
假如一个变量被声明为volatile，那么这个变量就具有了可见性的性质了。这就是volatile关键的作用之一了。
（2）volatile保证变量可见性的原理：
当一个变量被声明为volatile时，在编译成会变指令的时候，会多出下面一行：
0x00bbacde: lock add1 $0x0,(%esp);
这句指令的意思就是在寄存器执行一个加0的空操作。不过这条指令的前面有一个lock(锁)前缀。
当处理器在处理拥有lock前缀的指令时：
在之前的处理中，lock会导致传输数据的总线被锁定，其他处理器都不能访问总线，从而保证处理lock指令的处理器能够独享操作数据所在的内存区域，而不会被其他处理所干扰。
但由于总线被锁住，其他处理器都会被堵住，从而影响了多处理器的执行效率。为了解决这个问题，在后来的处理器中，处理器遇到lock指令时不会再锁住总线，而是会检查数据所在的内存区域，如果该数据是在处理器的内部缓存中，则会锁定此缓存区域，处理完后把缓存写回到主存中，并且会利用缓存一致性协议来保证其他处理器中的缓存数据的一致性。
缓存一致性协议：上述的“如果一个共享变量被一个线程修改了之后，当其他线程要读取这个变量的时候，最终会去内存中读取，而不是从自己的工作空间中读取”，实际上是这样的：
线程中的处理器会一直在总线上嗅探其内部缓存中的内存地址在其他处理器的操作情况，一旦嗅探到某处处理器打算修改其内存地址中的值，而该内存地址刚好也在自己的内部缓存中，那么处理器就会强制让自己对该缓存地址的无效。所以当该处理器要访问该数据的时候，由于发现自己缓存的数据无效了，就会去主存中访问。
2、保证有序性：
（1）什么是有序性：实际上，当我们把代码写好之后，虚拟机不一定会按照我们写的代码的顺序来执行。例如对于下面的两句代码：
int a = 1; int b = 2;
对于这两句代码，你会发现无论是先执行a = 1还是执行b = 2，都不会对a,b最终的值造成影响。所以虚拟机在编译的时候，是有可能把他们进行重排序的。
为什么要进行重排序呢？假如执行 int a = 1这句代码需要100ms的时间，但执行int b = 2这句代码需要1ms的时间，并且先执行哪句代码并不会对a,b最终的值造成影响。那当然是先执行int b = 2这句代码了。所以，虚拟机在进行代码编译优化的时候，对于那些改变顺序之后不会对最终变量的值造成影响的代码，是有可能将他们进行重排序的。
那么重排序之后真的不会对代码造成影响吗？
实际上，对于有些代码进行重排序之后，虽然对变量的值没有造成影响，但有可能会出现线程安全问题的。具体请看下面的代码
public class NoVisibility{ private static boolean ready; private static int number; private static class Reader extends Thread{ public void run(){ while(!ready){ Thread.yield(); } System.out.println(number); } } public static void main(String[] args){ new Reader().start(); number = 42; ready = true; } }
这段代码最终打印的一定是42吗？如果没有重排序的话，打印的确实会是42，但如果number = 42和ready = true被进行了重排序，颠倒了顺序，那么就有可能打印出0了，而不是42。（因为number的初始值会是0)。因此，重排序是有可能导致线程安全问题的。
如果一个变量被声明volatile的话，那么这个变量不会被进行重排序，也就是说，虚拟机会保证这个变量之前的代码一定会比它先执行，而之后的代码一定会比它慢执行。例如把上面中的number声明为volatile，那么number = 42一定会比ready = true先执行。
这里需要注意的是，虚拟机只是保证这个变量之前的代码一定比它先执行，但并没有保证这个变量之前的代码不可以重排序。之后的也一样。
3、无法保证原子性
问题来了，既然它可以保证修改的值立即能更新到主存，其他线程也会捕捉到被修改后的值，那么为什么不能保证原子性呢？
首先需要了解的是，Java中只有对基本类型变量的赋值和读取是原子操作，如i = 1的赋值操作，但是像j = i或者i++这样的操作都不是原子操作，因为他们都进行了多次原子操作，比如先读取i的值，再将i的值赋值给j，两个原子操作加起来就不是原子操作了。
所以，如果一个变量被volatile修饰了，那么肯定可以保证每次读取这个变量值的时候得到的值是最新的，但是一旦需要对变量进行自增这样的非原子操作，就不会保证这个变量的原子性了。
举个栗子
一个变量i被volatile修饰，两个线程想对这个变量修改，都对其进行自增操作也就是i++，i++的过程可以分为三步，首先获取i的值，其次对i的值进行加1，最后将得到的新值写会到缓存中。
线程A首先得到了i的初始值100，但是还没来得及修改，就阻塞了，这时线程B开始了，它也得到了i的值，由于i的值未被修改，即使是被volatile修饰，主存的变量还没变化，那么线程B得到的值也是100，之后对其进行加1操作，得到101后，将新值写入到缓存中，再刷入主存中。根据可见性的原则，这个主存的值可以被其他线程可见。
问题来了，线程A已经读取到了i的值为100，也就是说读取的这个原子操作已经结束了，所以这个可见性来的有点晚，线程A阻塞结束后，继续将100这个值加1，得到101，再将值写到缓存，最后刷入主存，所以即便是volatile具有可见性，也不能保证对它修饰的变量具有原子性。
四、volatile关键字可以保证线程安全的场景：
Java里面的运算并非是原子操作。因此，volatile关键字不一定能够保证线程安全。
想要线程安全必须保证原子性，可见性，有序性。而volatile只能保证可见性和有序性。
为什么保证不了线程安全：https://blog.csdn.net/qq_33330687/article/details/80990729
注意：volatile无法保证原子性，因此需要在操作volatile变量时加上锁，以避免写覆盖。