四.深入剖析volatile關鍵字
在前面講述了很多東西，其實都是為講述volatile關鍵字作鋪墊，那麽接下來我們就進入主題。
1.volatile關鍵字的兩層語義
壹旦壹個***享變量（類的成員變量、類的靜態成員變量）被volatile修飾之後，那麽就具備了兩層語義：
1）保證了不同線程對這個變量進行操作時的可見性，即壹個線程修改了某個變量的值，這新值對其他線程來說是立即可見的。
2）禁止進行指令重排序。
先看壹段代碼，假如線程1先執行，線程2後執行：
//線程1boolean stop = false;while(!stop){doSomething();}?//線程2stop = true;這段代碼是很典型的壹段代碼，很多人在中斷線程時可能都會采用這種標記辦法。但是事實上，這段代碼會完全運行正確麽？即壹定會將線程中斷麽？不壹定，也許在大多數時候，這個代碼能夠把線程中斷，但是也有可能會導致無法中斷線程（雖然這個可能性很小，但是只要壹旦發生這種情況就會造成死循環了）。
下面解釋壹下這段代碼為何有可能導致無法中斷線程。在前面已經解釋過，每個線程在運行過程中都有自己的工作內存，那麽線程1在運行的時候，會將stop變量的值拷貝壹份放在自己的工作內存當中。
那麽當線程2更改了stop變量的值之後，但是還沒來得及寫入主存當中，線程2轉去做其他事情了，那麽線程1由於不知道線程2對stop變量的更改，因此還會壹直循環下去。
但是用volatile修飾之後就變得不壹樣了：
第壹：使用volatile關鍵字會強制將修改的值立即寫入主存；
第二：使用volatile關鍵字的話，當線程2進行修改時，會導致線程1的工作內存中緩存變量stop的緩存行無效（反映到硬件層的話，就是CPU的L1或者L2緩存中對應的緩存行無效）；
第三：由於線程1的工作內存中緩存變量stop的緩存行無效，所以線程1再次讀取變量stop的值時會去主存讀取。
那麽在線程2修改stop值時（當然這裏包括2個操作，修改線程2工作內存中的值，然後將修改後的值寫入內存），會使得線程1的工作內存中緩存變量stop的緩存行無效，然後線程1讀取時，發現自己的緩存行無效，它會等待緩存行對應的主存地址被更新之後，然後去對應的主存讀取最新的值。
那麽線程1讀取到的就是最新的正確的值。
2.volatile保證原子性嗎？
從上面知道volatile關鍵字保證了操作的可見性，但是volatile能保證對變量的操作是原子性嗎？
下面看壹個例子：
public class Test {public volatile int inc = 0;?public void increase() {inc++;}?public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();for(int i=0;i<10;i++){new Thread(){public void run() {for(int j=0;j<1000;j++)test.increase();};}.start();}?while(Thread.activeCount()>1)? //保證前面的線程都執行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}}大家想壹下這段程序的輸出結果是多少？也許有些朋友認為是10000。但是事實上運行它會發現每次運行結果都不壹致，都是壹個小於10000的數字。
可能有的朋友就會有疑問，不對啊，上面是對變量inc進行自增操作，由於volatile保證了可見性，那麽在每個線程中對inc自增完之後，在其他線程中都能看到修改後的值啊，所以有10個線程分別進行了1000次操作，那麽最終inc的值應該是1000*10=10000。
這裏面就有壹個誤區了，volatile關鍵字能保證可見性沒有錯，但是上面的程序錯在沒能保證原子性。可見性只能保證每次讀取的是最新的值，但是volatile沒辦法保證對變量的操作的原子性。
在前面已經提到過，自增操作是不具備原子性的，它包括讀取變量的原始值、進行加1操作、寫入工作內存。那麽就是說自增操作的三個子操作可能會分割開執行，就有可能導致下面這種情況出現：
假如某個時刻變量inc的值為10，
線程1對變量進行自增操作，線程1先讀取了變量inc的原始值，然後線程1被阻塞了；
然後線程2對變量進行自增操作，線程2也去讀取變量inc的原始值，由於線程1只是對變量inc進行讀取操作，而沒有對變量進行修改操作，所以不會導致線程2的工作內存中緩存變量inc的緩存行無效，所以線程2會直接去主存讀取inc的值，發現inc的值時10，然後進行加1操作，並把11寫入工作內存，最後寫入主存。
然後線程1接著進行加1操作，由於已經讀取了inc的值，註意此時在線程1的工作內存中inc的值仍然為10，所以線程1對inc進行加1操作後inc的值為11，然後將11寫入工作內存，最後寫入主存。
那麽兩個線程分別進行了壹次自增操作後，inc只增加了1。
解釋到這裏，可能有朋友會有疑問，不對啊，前面不是保證壹個變量在修改volatile變量時，會讓緩存行無效嗎？然後其他線程去讀就會讀到新的值，對，這個沒錯。這個就是上面的happens-before規則中的volatile變量規則，但是要註意，線程1對變量進行讀取操作之後，被阻塞了的話，並沒有對inc值進行修改。然後雖然volatile能保證線程2對變量inc的值讀取是從內存中讀取的，但是線程1沒有進行修改，所以線程2根本就不會看到修改的值。
根源就在這裏，自增操作不是原子性操作，而且volatile也無法保證對變量的任何操作都是原子性的。
把上面的代碼改成以下任何壹種都可以達到效果：
采用synchronized：
public class Test {public? int inc = 0;?public synchronized void increase() {inc++;}?public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();for(int i=0;i<10;i++){new Thread(){public void run() {for(int j=0;j<1000;j++)test.increase();};}.start();}?while(Thread.activeCount()>1)? //保證前面的線程都執行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}}采用Lock：
?public class Test {public? int inc = 0;Lock lock = new ReentrantLock();?public? void increase() {lock.lock();try {inc++;} finally{lock.unlock();}}?public static void main(String[] args) {final Test test = new Test();for(int i=0;i<10;i++){new Thread(){public void run() {for(int j=0;j<1000;j++)test.increase();};}.start();}?while(Thread.activeCount()>1)? //保證前面的線程都執行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}}采用AtomicInteger：
//線程1:context = loadContext();? //語句1inited = true; //語句2?//線程2:while(!inited ){?sleep()}doSomethingwithconfig(context);前面舉這個例子的時候，提到有可能語句2會在語句1之前執行，那麽久可能導致context還沒被初始化，而線程2中就使用未初始化的context去進行操作，導致程序出錯。
這裏如果用volatile關鍵字對inited變量進行修飾，就不會出現這種問題了，因為當執行到語句2時，必定能保證context已經初始化完畢。
4.volatile的原理和實現機制
前面講述了源於volatile關鍵字的壹些使用，下面我們來探討壹下volatile到底如何保證可見性和禁止指令重排序的。
下面這段話摘自《深入理解Java虛擬機》：
“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，會多出壹個lock前綴指令”
lock前綴指令實際上相當於壹個內存屏障（也成內存柵欄），內存屏障會提供3個功能：
1）它確保指令重排序時不會把其後面的指令排到內存屏障之前的位置，也不會把前面的指令排到內存屏障的後面；即在執行到內存屏障這句指令時，在它前面的操作已經全部完成；
2）它會強制將對緩存的修改操作立即寫入主存；
3）如果是寫操作，它會導致其他CPU中對應的緩存行無效。