在这篇文章Java并发—Java内存模型以及线程安全-CSDN博客多次提及volatile关键字，这是一个非常重要的概念，主要用于多线程编程中，它确保了变量的可见性和禁止指令重排序，但不保证原子性，下面详细解释volatile关键字的作用和特性：
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）保证可见性
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。
上篇文中有讲一个例子：🌰线程A和线程B从主内存读取和修改x=1的过程
由于线程A对变量的修改x=2未立即对线程B可见，造成了线程安全问题，为了确保线程间的即时通信和数据一致性，使用 volatile 关键字是必要的
如果在用volatile修饰变量x后，都会从主内存中读取最新的最新的值，而不是从线程自己的工作内存中读取可能过期的版本
线程A和线程B要进行通信的话，必须要进行以下几个步骤：
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初始化：x = 1，存储在主内存。
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线程A读取：A从主内存读取x，复制x=1到A的工作内存。
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线程B读取：B从主内存读取x，复制x=1到B的工作内存。
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线程A修改：A在工作内存中修改x=2
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线程A写回：A将工作内存中的x=2写回主内存。
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线程B重新读取：B从主内存读取最新的x=2，保证了数据的可见性。
这个过程展示了JMM如何确保多线程环境下的数据一致性
看起来这个流程没什么问题，但是线程A的修改和写回的操作不是原子性的，可能在线程A还未写回，线程B已经重新读取了，这个问题先按下不表
因此：volatile写-读的内存语义
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当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的变量值刷新到主内存。
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当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效，线程将从主内存中读取共享变量
2）禁止进行指令重排序
volatile关键字禁止指令重排序有两层意思：
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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；
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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
🌰例子：以下面的代码来讲述使用和未使用volatile关键字会出现什么杨的情况来理解指令重排
🔴未使用 volatile 关键字
class Example {
int a = 0;
boolean ready = false;
public void writerThread() {
a = 5; // 语句1
ready = true; // 语句2
}
public void readerThread() {
while (!ready) { // 语句3
Thread.yield();
}
System.out.println(a); // 语句4
}
}
编译器和处理器可能会为了优化性能而对指令进行重排序。在这种情况下，语句1和语句2之间没有数据依赖关系，所以它们可能被重排序。
例如：处理器可能会先执行语句2再执行语句1
可能的执行顺序
写线程：执行语句2，然后执行语句1。
读线程：执行语句3，检查 ready 是否为 true。如果 ready 已经被设置为 true（即使 a 还没有被设置为5），读线程将进入语句4并打印 a 的值，此时 a 可能还是默认的0。
结果
由于指令重排序，读线程可能在 a 被写线程修改之前就读取了 a 的值，导致输出结果为0，而不是预期的5。这就是指令重排序可能导致的线程安全问题
🔴使用 volatile 关键字
class Example {
volatile int a = 0;
volatile boolean ready = false;
public void writerThread() {
a = 5; // 语句1
ready = true; // 语句2
}
public void readerThread() {
while (!ready) { // 语句3
Thread.yield();
}
System.out.println(a); // 语句4
}
}
指令重排序限制
volatile 关键字会阻止编译器和处理器对与 volatile 变量相关的指令进行重排序。这意味着语句1和语句2之间的执行顺序将被保留，确保了写线程先修改 a 的值，然后再设置 ready 为 true
结果
由于 volatile 的内存屏障效果，读线程在检查 ready 是否为 true 并进入语句4之前，将看到写线程对 a 的最新修改，从而避免了指令重排序引起的线程安全问题
总结来说，volatile 关键字通过提供内存屏障来限制指令重排序，确保了变量的可见性和一定程度上的有序性，从而帮助解决多线程环境下的指令重排序问题
2、 volatile关键字的使用场景
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适用场景：volatile适用于那些被多个线程访问但并不涉及复合操作（例如递增操作）的变量。典型的使用场景包括状态标志、控制变量等。
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不适用场景：不要将volatile用于需要原子性操作的场景，因为volatile并不能保证原子性。对于需要原子性操作的场景，应该使用锁或者Atomic原子类
实际开发中，几乎看不到volatile的使用，因为volatile只能保证可见性，并不能保证原子性，就需要结合CAS（Compare and Swap）
其实在Java中，java.util.concurrent.atomic包提供了一组原子类，比如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等，它们提供了一种无锁的线程安全机制，以确保对变量的操作是原子性的。
当谈到Atomic原子类的实现原理时，CAS操作是其中的关键。CAS是一种乐观锁技术，它涉及比较内存中的值和预期值，如果相等，则使用新值替换内存中的值。在Java中，CAS是通过Unsafe类实现的，它是一种硬件级别的原子性操作
但是，CAS操作本身无法解决线程可见性的问题，这就是volatile关键字的作用。volatile关键字可以确保变量的写操作立即可见于其他线程，从而解决了线程之间的可见性问题。因此，Atomic原子类是结合了CAS和volatile关键字来实现线程安全
一般情况下都是直接使用的Atomic原子类来保证线程安全的情况，并不会去直接使用volatile关键字
在上面的例子中使用了volatile关键字修改共享变量x的过程，线程A的修改和写回的操作不是原子性的，那么CAS就可以解决这个问题，至于如何解决，在下篇文章再讲吧……
下一篇：Java并发—CAS的原理及应用场景-CSDN博客
