Java的volatile关键字用于标记一个java变量“存储在主内存中”。更准确的说，被volatile标记的变量每次读取操作都将从计算机主内存（computer's main memory）读取，而不是从CPU缓存中读取，而且对volatile变量的每次写入都是写入到主内存，而不仅仅是写到CPU缓存。

实际上，从jdk5之后volatile关键字不仅仅保证了从内存中读写volatile变量。我会在下面对此进行介绍。

一：变量可见性问题

volatile关键字保证了同一变量跨线程更改的可见性问题。

在多线程应用程序中，线程对非volatile变量进行操作，出于性能考虑，每个线程在处理变量时，可以将他们从主内存中复制到CPU缓存中，如果你的计算机包含一个以上的CPU，每个线程可以在不同的CPU上运行。这意味着，每个线程可以将变量复制到不同CPU的CPU缓存上。如下图所示：

对于非volatile变量而言，不能保证Java虚拟机(JVM)何时将主内存中数据读取到CPU缓存中，或何时将CPU缓存中数据写入到主内存中。这就导致了几个问题。

假设一个场景，超过2个及其以上的线程访问一个声明包含计数器变量的共享对象：

public class ShareCounterObject{
 public int counter = 0;
}

假设仅线程1能修改counter变量并且每次递增+1,线程1和线程2都时时的访问counter变量。

如果counter变量不用volatile关键字声明，那么将不能保证counter变量每次更新的值从CPU缓存中写回主内存中。这意味着counter变量在CPU缓存中的值和主内存中不同。

如图所示：

因为一个线程更新没有立即回写到主内存，导致其他线程不能获取非volatile变量最新的值，这种被叫做“可见性”问题。一个线程更新了非volatile声明的共享变量对其他线程不可见

二：Java volatile保证可见性

volatile关键字目的就是解决可见性问题。声明counter是volatile变量，所有对counter的更改都会立即从CPU缓存写回到主内存中.同时，其他读取这个变量的操作也将是从主内存中读取。

声明volatile变量代码块儿：

 public class ShareCounterObject{
 public volatile int counter = 0;
}

这样的话，线程1对counter变量更改，线程2对这个变量读取（但是不修改这个变量），volatile修饰的变量counter完全能保证在线程2写counter变量时的可见性。

如果线程1和线程2都递增counter变量，那么仅仅将其声明volatile是不够的。

三：Full volatile Visibility Guarantee

实际上volatile变量可见性保证volatile声明变量的本身，与他操作相关的变量也会保证。

规则1.如果线程A写入一个volatile变量，线程B随后读取同一个变量，那么线程A在写入volatile变量之前的所有可见的变量，线程B读取volatile变量后也可以看到。

规则2.如果线程A读取一个volatile变量，那么线程A读取volatile变量之前看到的所有变量都将从主内存中读取。

public class MyObject{
 private int years;
 private int months;
 private volatile int days;
 
 public void update(int years ,int months ,int days){
 this.years = years;
 this.months = months;
 this.days = days;
 }
}

这个代码块中只有days是volatile变量。根据完整的可见性保证规则所示，一个线程执行update方法对这3个变量修改，最后修改volatile变量，因为在他前面的变量years，months对该线程是可见的，那么当days变量写回到主内存中时years,months变量也会被写入到主内存。

public class MyObject{
 private int years;
 private int months;
 private volatile int days;
 
 public void update(int years ,int months ,int days){
 this.years = years;
 this.months = months;
 this.days = days;
 }

 public int totalDays(){
 int total = this.days;
 total += months * 30;
 total += years * 365;
 return total;
 }
}

如上代码块儿所示，执行total方法时，首先读取days的值到total变量，在读取days变量值的时候，同时后面的months和years变量也是读入到主内存中。因此可以通过上面的读序列能够看到days,months,years的最新值。

四：指令重排序

在保证语义不变的情况下，JVM和CPU因为性能的原因可能会进行指令重排序。例如：

 int a = 1;
 int b = 2;
 a++;
 b++;

如上代码，a,b变量在逻辑上毫无关系，指令重排序后可能执行顺序就是：

 int a = 1;
 a++;
 int b = 2;
 b++;

指令重排序虽然很利于性能的优化，但是也会导致一些意外的问题，如上面的MyObject对象，如果对update方法进行重排序之后：

 public void update(int years ,int months ,int days){
 this.days = days;
 this.years = years;
 this.months = months;
 }

变成这样之后，修改days变量的时候months,years变量仍然写入主内存，但这次days新值写入主内存发生在months，years写入之前。因此months，years的新值对其他线程是不可见的。那么重新排序的语义就发生了变化。

Happens-Before规则就是Java推出的一个方案。后面我会针对这个在做一个详细介绍。

本文相关资料链接：http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/volatile.html

如有不对的地方请留言指正，互相学习！