Java中的volatile关键字

由于基础比较薄弱，在Java线程并发处理中，还是第一次看到volatile关键字，在查找了一些资料后做以下笔记，供查阅。

其中博客http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html讲的比较详细，本文部分是摘自其中，如果想细致了解volatile关键字，请移步。
一.Java并发编程的三个概念
计算机在执行程序时，由于CPU执行速度与内存读取数据的不一致性，将需要运算的数据从内存复制一份儿到CPU高速缓存中，那么CPU进行计算时就可以直接从高速缓存读取数据和像其中写数据，运算结束后再将高速缓存中的数据刷新到内存中。在线程活动中，这一步(取值，计算，写值)都可能出现中断。
1.原子性，即一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。Java 中读取 long,double 类型变量不是原子的，需要分成两步，如果一个线程正在修改该 long 变量的值，另一个线程可能只能看到该值的一半（前 32 位）。但是对一个 volatile 型的 long 或 double 变量的读写是原子的。
2.可见性，可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。
另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。
3.有序性，即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。但是要注意，虽然处理器会对指令进行重排序，但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同，那么它靠什么保证的呢？处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果，那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。
二.volatile关键字
1.volatile关键字的两层语义
一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被volatile修饰之后，那么就具备了两层语义：
1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
2）禁止进行指令重排序。
用volatile关键字修饰的变量会将强制修改的值立即写入内存，volatile能保证可见性。

2.volatile不保证操作的原子性

public class Counter {

    public volatile int count = 0;

    public void inc() {

        // 这里延迟1毫秒，使得结果明显
        try {
            Thread.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }

        count++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        // 同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果
        final Counter counter = new Counter();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    counter.inc();
                }
            }).start();
        }

        while(Thread.activeCount()>1)  //保证前面的线程都执行完
            Thread.yield();
        // 这里每次运行的值都有可能不同,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + counter.count);
    }
}

上面的程序输出结果每次运行都不同，可能结果不是1000，这就说明上面的程序错在没能保证原子性。可见性只能保证每次读取的是最新的值，但是volatile没办法保证对变量的操作的原子性。根源就在这里，自增操作不是原子性操作，而且volatile也无法保证对变量的任何操作都是原子性的。
但是这一些操作并不是原子性，也就是 在read load之后，如果主内存count变量发生修改之后，线程工作内存中的值由于已经加载，不会产生对应的变化，所以计算出来的结果会和预期不一样

3.volatile关键字保证有序性
volatile关键字禁止指令重排序有两层意思：
1）当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
2）在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。
实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。

三.使用volatile关键字的场景
synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：
1）对变量的写操作不依赖于当前值
2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中
事实上，上面的2个条件需要保证操作是原子性操作，才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。
四.补充，基础数据类型的访问和读写过程

read and load 从主存复制变量到当前工作内存
use and assign 执行代码，改变共享变量值
store and write 用工作内存数据刷新主存相关内容
其中use and assign 可以多次出现
对于volatile修饰的变量，jvm虚拟机只是保证从主内存加载到线程工作内存的值是最新的。