Java 的 volatile 关键字

1. volatile 的含义

当对一个变量使用了 volatile 之后，就保证了此变量对所有线程的 可见性。

可见性是指：当一个线程修改了这个变量的值以后，其他线程可以马上得知这个新的值。

如果没有使用 volatile，变量的值在线程间传递需要通过主存来完成，例如线程A修改了一个普通变量的值，然后向主存进行回写，另一个线程B在A回写完成之后再从主存进行读取操作，新值才会对B可见。

对 volatile 修饰的变量赋值后，会在内存中设置一个屏障，这个内存屏障有一个作用：使本CPU的cache马上写入内存，相当于对cache做了一次 store write 操作，而且会引起其他CPU无效化其cache，所以其他线程就需要重新读取加载变量到自己的工作内存，实现了可见性。

volatile 设置的内存屏障还有一个作用，就是做指令重排序优化时，不能把后面的指令重排序到这个内存屏障之前。

2. volatile 是线程安全的吗？

示例代码：

public class VolatileTest {
    public static volatile int race = 0;

    public static void increase() {
        race++;
    }
    private static final int THREADS_COUNT = 20;
    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[THREADS_COUNT];
        for (int i=0; i< THREADS_COUNT; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i=0; i<10000; i++) {
                        increase();
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }
        while(Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(race);
    }
}

发起了20个线程，每个线程对 race 变量进行 10000 次自增操作，如果正确并发的话，结果应该是 200000，但每次运行的结果都是小于预期的数，这是为什么？

问题就出在 race ++ 上，例如线程A执行了，拿到 race 的值是10，准备执行自增操作，但还没执行时，线程B抢先了，B拿到的值也是10，执行完自增操作后，race 变为了 11，这时 A 在执行自增，是基于之前拿到的10来执行的，那么A的执行结果就是 11，B白执行了，所以就造成了运行结果总是小于预期的值。

所以，volidate 只是保证了可见性，并不保证原子性，不是线程安全的。

3. 使用 volatile 禁止指令重排

示例代码：

Map configOptions;
char[] configText;

// 此变量必须定义为 volatile
volatile boolean initialized = false;

// --- 假设以下代码在线程A中执行
// 模拟读取配置信息，当读取完成后将 initialized 设置为 true，以通知其他线程配置可用
configOptions = new HashMap();
configText = readConfigFile(fileName);
processConfigOptions(configText, configOptions);
initialized = true;

// --- 假设以下代码在线程B中执行
// 等待 initialized 为 true，代表线程A已经把配置信息初始化完成
while(!initialized) {
    sleep();
}
// 使用线程A中初始化好的配置信息
doSomethingWithConfig();

上面代码简单来说，就是有一个变量作为初始化完成的标识，线程A加载配置文件，完成后修改标识变量为true，线程B在初始化完成之前睡眠，之后使用配置信息做点事情。

重点是 initialized 必须定义为 volatile，否则就可能被指令重排序优化，导致 initialized = true; 被提前执行，线程B就会出错，volatile 可以避免此类情况发生。