一、簡介
volatile是Java提供的一種輕量級的同步機制，Java 語言包含兩種內在的同步機制：同步塊（或方法）和 volatile 變數，相比于synchronized（synchronized通常稱為重量級鎖），volatile更輕量級，因為它不會引起執行緒背景關系的切換和調度，但是volatile 變數的同步性較差（有時它更簡單并且開銷更低），而且其使用也更容易出錯，
二、并發編程的3個基本概念
（1）原子性
定義： 即一個操作或者多個操作 要么全部執行并且執行的程序不會被任何因素打斷，要么就都不執行，
原子性是拒絕多執行緒操作的，不論是多核還是單核，具有原子性的量，同一時刻只能有一個執行緒來對它進行操作，簡而言之，在整個操作程序中不會被執行緒調度器中斷的操作，都可認為是原子性，例如 a=1是原子性操作，但是a++和a +=1就不是原子性操作，
Java中的原子性操作包括：
a. 基本型別的讀取和賦值操作，且賦值必須是數字賦值給變數，變數之間的相互賦值不是原子性操作，
b.所有參考reference的賦值操作
c.java.concurrent.Atomic.* 包中所有類的一切操作
（2）可見性
定義：指當多個執行緒訪問同一個變數時，一個執行緒修改了這個變數的值，其他執行緒能夠立即看得到修改的值，
在多執行緒環境下，一個執行緒對共享變數的操作對其他執行緒是不可見的，Java提供了volatile來保證可見性，當一個變數被volatile修飾后，表示著執行緒本地記憶體無效，當一個執行緒修改共享變數后他會立即被更新到主記憶體中，其他執行緒讀取共享變數時，會直接從主記憶體中讀取，
當然，synchronize和Lock都可以保證可見性，synchronized和Lock能保證同一時刻只有一個執行緒獲取鎖然后執行同步代碼，并且在釋放鎖之前會將對變數的修改重繪到主存當中，因此可以保證可見性，
（3）有序性
定義：即程式執行的順序按照代碼的先后順序執行，
Java記憶體模型中的有序性可以總結為：如果在本執行緒內觀察，所有操作都是有序的；如果在一個執行緒中觀察另一個執行緒，所有操作都是無序的，前半句是指“執行緒內表現為串行語意”，后半句是指“指令重排序”現象和“作業記憶體主主記憶體同步延遲”現象，
在Java記憶體模型中，為了效率是允許編譯器和處理器對指令進行重排序，當然重排序不會影響單執行緒的運行結果，但是對多執行緒會有影響，Java提供volatile來保證一定的有序性，最著名的例子就是單例模式里面的DCL（雙重檢查鎖），
另外，可以通過synchronized和Lock來保證有序性，synchronized和Lock保證每個時刻是有一個執行緒執行同步代碼，相當于是讓執行緒順序執行同步代碼，自然就保證了有序性，
三、鎖的互斥和可見性
鎖提供了兩種主要特性：互斥（mutual exclusion） 和可見性（visibility），
（1）互斥即一次只允許一個執行緒持有某個特定的鎖，一次就只有一個執行緒能夠使用該共享資料，
（2）可見性要更加復雜一些，它必須確保釋放鎖之前對共享資料做出的更改對于隨后獲得該鎖的另一個執行緒是可見的，也即當一條執行緒修改了共享變數的值，新值對于其他執行緒來說是可以立即得知的，如果沒有同步機制提供的這種可見性保證，執行緒看到的共享變數可能是修改前的值或不一致的值，這將引發許多嚴重問題，
要使 volatile 變數提供理想的執行緒安全，必須同時滿足下面兩個條件：
a.對變數的寫操作不依賴于當前值，
b.該變數沒有包含在具有其他變數的不變式中，
實際上，這些條件表明，可以被寫入 volatile 變數的這些有效值獨立于任何程式的狀態，包括變數的當前狀態，事實上就是保證操作是原子性操作，才能保證使用volatile關鍵字的程式在并發時能夠正確執行，
四、Java的記憶體模型JMM以及共享變數的可見性
JMM決定一個執行緒對共享變數的寫入何時對另一個執行緒可見，JMM定義了執行緒和主記憶體之間的抽象關系：共享變數存盤在主記憶體(Main Memory)中，每個執行緒都有一個私有的本地記憶體（Local Memory），本地記憶體保存了被該執行緒使用到的主記憶體的副本拷貝，執行緒對變數的所有操作都必須在作業記憶體中進行，而不能直接讀寫主記憶體中的變數，
對于普通的共享變數來講，執行緒A將其修改為某個值發生在執行緒A的本地記憶體中，此時還未同步到主記憶體中去；而執行緒B已經快取了該變數的舊值，所以就導致了共享變數值的不一致，解決這種共享變數在多執行緒模型中的不可見性問題，較粗暴的方式自然就是加鎖，但是此處使用synchronized或者Lock這些方式太重量級了，比較合理的方式其實就是volatile，
需要注意的是，JMM是個抽象的記憶體模型，所以所謂的本地記憶體，主記憶體都是抽象概念，并不一定就真實的對應cpu快取和物理記憶體
五、volatile變數的特性
（1）保證可見性，不保證原子性
a.當寫一個volatile變數時，JMM會把該執行緒本地記憶體中的變數強制重繪到主記憶體中去；
b.這個寫會操作會導致其他執行緒中的快取無效，
（2）禁止指令重排
重排序是指編譯器和處理器為了優化程式性能而對指令序列進行排序的一種手段，重排序需要遵守一定規則：
a.重排序操作不會對存在資料依賴關系的操作進行重排序，
比如：a=1;b=a; 這個指令序列，由于第二個操作依賴于第一個操作，所以在編譯時和處理器運行時這兩個操作不會被重排序，
b.重排序是為了優化性能，但是不管怎么重排序，單執行緒下程式的執行結果不能被改變
比如：a=1;b=2;c=a+b這三個操作，第一步（a=1)和第二步(b=2)由于不存在資料依賴關系， 所以可能會發生重排序，但是c=a+b這個操作是不會被重排序的，因為需要保證最終的結果一定是c=a+b=3，
重排序在單執行緒下一定能保證結果的正確性，但是在多執行緒環境下，可能發生重排序，影響結果，下例中的1和2由于不存在資料依賴關系，則有可能會被重排序，先執行status=true再執行a=2，而此時執行緒B會順利到達4處，而執行緒A中a=2這個操作還未被執行，所以b=a+1的結果也有可能依然等于2，
使用volatile關鍵字修飾共享變數便可以禁止這種重排序，若用volatile修飾共享變數，在編譯時，會在指令序列中插入記憶體屏障來禁止特定型別的處理器重排序,volatile禁止指令重排序也有一些規則：
a.當程式執行到volatile變數的讀操作或者寫操作時，在其前面的操作的更改肯定全部已經進行，且結果已經對后面的操作可見；在其后面的操作肯定還沒有進行；
b.在進行指令優化時，不能將在對volatile變數訪問的陳述句放在其后面執行，也不能把volatile變數后面的陳述句放到其前面執行，
即執行到volatile變數時，其前面的所有陳述句都執行完，后面所有陳述句都未執行，且前面陳述句的結果對volatile變數及其后面陳述句可見，
六、volatile不適用的場景
（1）volatile不適合復合操作
例如，inc++不是一個原子性操作，可以由讀取、加、賦值3步組成，所以結果并不能達到30000，.
（2）解決方法
1.采用synchronized
2.采用Lock
3.采用java并發包中的原子操作類，原子操作類是通過CAS回圈的方式來保證其原子性的
七、volatile原理
volatile可以保證執行緒可見性且提供了一定的有序性，但是無法保證原子性，在JVM底層volatile是采用“記憶體屏障”來實作的，觀察加入volatile關鍵字和沒有加入volatile關鍵字時所生成的匯編代碼發現，加入volatile關鍵字時，會多出一個lock前綴指令，lock前綴指令實際上相當于一個記憶體屏障（也成記憶體柵欄），記憶體屏障會提供3個功能：
I. 它確保指令重排序時不會把其后面的指令排到記憶體屏障之前的位置，也不會把前面的指令排到記憶體屏障的后面；即在執行到記憶體屏障這句指令時，在它前面的操作已經全部完成；
II. 它會強制將對快取的修改操作立即寫入主存；
III. 如果是寫操作，它會導致其他CPU中對應的快取行無效，
八、單例模式的雙重鎖為什么要加volatile
需要volatile關鍵字的原因是，在并發情況下，如果沒有volatile關鍵字，在第5行會出現問題，instance = new TestInstance();可以分解為3行偽代碼
a. memory = allocate() //分配記憶體
b. ctorInstanc(memory) //初始化物件
c. instance = memory //設定instance指向剛分配的地址
上面的代碼在編譯運行時，可能會出現重排序從a-b-c排序為a-c-b，在多執行緒的情況下會出現以下問題，當執行緒A在執行第5行代碼時，B執行緒進來執行到第2行代碼，假設此時A執行的程序中發生了指令重排序，即先執行了a和c，沒有執行b，那么由于A執行緒執行了c導致instance指向了一段地址，所以B執行緒判斷instance不為null，會直接跳到第6行并回傳一個未初始化的物件，
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