volatile的工作原理

volatile的特性：

1. volatile可见性：对一个volatile的读，总可以看到对这个变量最终的写；
2. volatile原子性：volatile对单个读/写具有原子性（32位Long、Double），但是复合操作除外，例如：i++；
3. jvm底层采用“内存屏障”来实现volatile语义。

volatile的内存语义及实现：
　　在JMM中，线程之间的通信采用共享内存来实现的。
volatile内存语义是：

• 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值立即刷新到主内存中；
• 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存设置为无效，直接从主内存中读取共享变量。

volatile的底层实现是通过插入内存屏障，但是对于编译器来说，发现一个最优布置来最小化插入内存屏障的总数几乎是不可能的，所以，JMM采用保守策略。如下：

• 在每一个volatile写操作前面插入一个StoreStore屏障
• 在每一个volatile写操作后面插入一个StoreLoad屏障
• 在每一个volatile读操作后面插入一个LoadLoad屏障
• 在每一个volatile读操作后面插入一个LoadStore屏障

StoreStore屏障可以保证在volatile写之前，其前面的所有普通写操作都已经刷新到主内存中；
StoreLoad屏障的作用是避免volatile写与后面可能有的volatile读/写操作重排序
LoadLoad屏障用来禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通读重排序
LoadStore屏障用来禁止处理器把上面的volatile读与下面的普通写重排序

java中volatile关键字提供了一个功能，那就是被其修饰的变量在被修改后可以立即同步到主内存，被其修饰的变量在每次使用之前都从主内存刷新。因此，可以使用volatile来保证多线程操作时变量的可见性。

在java中，可以使用synchronized和volatile来保证多线程之间操作的有序性。实现方式有所区别：

1. volatile关键字会禁止指令重排；
2. 2、synchronized关键字保证同一时刻只允许一条线程操作。 synchronized是万能，他可以同时满足三种特性，这其实也是很多人滥用synchronized的原因。

volatile实现原理

1）JMM把内存屏障指令分为下列四类：
StoreLoad 
Barriers是一个“全能型”的屏障，它同时具有其他三个屏障的效果。现代的多处理器大都支持该屏障（其他类型的屏障不一定被所有处理器支持）。执行该屏障开销会很昂贵，因为当前处理器通常要把写缓冲区中的数据全部刷新到内存中（buffer 
fully flush）。
Store：数据对其他处理器可见（即：刷新到内存）
Load：让缓存中的数据失效，重新从主内存加载数据 
2）JMM针对编译器制定的volatile重排序规则表
是否能重排序 第二个操作 
第一个操作 普通读/写 volatile读 volatile写 
普通读/写     NO 
volatile读 NO NO NO 
volatile写   NO NO 
举例来说，第三行最后一个单元格的意思是：在程序顺序中，当第一个操作为普通变量的读或写时，如果第二个操作为volatile写，则编译器不能重排序这两个操作。
从上表我们可以看出：
当第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。 
当第一个操作是volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。 
* 当第一个操作是volatile写，第二个操作是volatile读时，不能重排序。 
JMM内存屏障插入策略(编译器可以根据具体情况省略不必要的屏障)：
* 在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。 
*  对于这样的语句Store1 StoreStore Store2，在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见 
* 在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。 
* 对于这样的语句Store1 StoreLoad Load2，在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见 
* 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。 
* 对于这样的语句Load1 LoadLoad Load2，在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕 
* 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。　　 
* 对于这样的语句Load1 LoadStore Store2，在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕 
volatile保证可见性
　　volatile修饰的变量写之后将本地内存刷新到主内存，保证了可见性
volatile保证有序性
　　volatile变量读写前后插入内存屏障以避免重排序，保证了有序性
volatile不保证原子性
　　volatile不是锁，与原子性无关
要我说，由于CPU按照时间片来进行线程调度的，只要是包含多个步骤的操作的执行，天然就是无法保证原子性的。因为这种线程执行，又不像数据库一样可以回滚。如果一个线程要执行的步骤有5步，执行完3步就失去了CPU了，失去后就可能再也不会被调度，这怎么可能保证原子性呢。
为什么synchronized可以保证原子性 ，因为被synchronized
修饰的代码片段，在进入之前加了锁，只要他没执行完，其他线程是无法获得锁执行这段代码片段的，就可以保证他内部的代码可以全部被执行。进而保证原子性。

volatile不保证原子性的例子：

/** * 创建10个线程，然后分别执行1000次i++操作。目的是程序输出结果10000 * 
但是，多次执行的结果都小于10000。这其实就是volatile无法满足原子性的原因。*/ 
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) // 保证前面的线程都执行完 
            Thread.yield(); 
        System.out.println(test.inc); 
    }
 }             

参考：volatile的实现原理

参考：volatile的工作原理