1.11 volatile的作用
volatile的使用是为了线程安全，但volatile不保证线程安全。线程安全有三个要素：可见性、有序性和原子性。线程安全是指在多线程情况下，对共享内存的使用，不会因为不同线程的访问和修改而发生不期望的情况。
volatile有以下三个作用：
（1）volatile用于解决多核CPU高速缓存导致的变量不同步
这本质上是个硬件问题，其根源在于：CPU的高速缓存的读取速度远远快于主存（物理内存）。所以，CPU在读取一个变量的时候，会把数据先读取到缓存，这样下次再访问同一个数据的时候就可以直接从缓存读取了，显然提高了读取的性能。而多核CPU有多个这样的缓存。这就带来了问题，当某个CPU（例如CPU1）修改了这个变量（比如把a的值从1修改为2），但是其他的CPU（例如CPU2）在修改前已经把a=1读取到自己的缓存了，当CPU2再次读取数据的时候，它仍然会去自己的缓存区中读取，此时读取到的值仍然是1，但是实际上这个值已经变成2了。这里，就涉及了线程安全的要素：可见性。
可见性是指当多个线程在访问同一个变量时，如果其中一个线程修改了变量的值，那么其他线程应该能立即看到修改后的值。
volatile的实现原理是内存屏障（Memory Barrier），其原理为：当CPU写数据时，如果发现一个变量在其他CPU中存有副本，那么会发出信号量通知其他CPU将该副本对应的缓存行置为无效状态，当其他CPU读取到变量副本的时候，会发现该缓存行是无效的，然后，它会从主存重新读取变量。
（2）volatile可以解决指令重排序的问题
一般情况下，程序是按照顺序执行的，例如下面的代码：
如果i++发生在int i=0之前，那么会不可避免地出错，CPU在执行代码对应指令的时候，会认为1、2两行是具备依赖性的，因此，CPU一定会安排行1早于行2执行。
那么，int i=0一定会早于boolean f=false吗？
并不一定，CPU在运行期间会对指令进行优化，没有依赖关系的指令，它们的顺序可能会被重排。在单线程执行下，发生重排是没有问题的，CPU保证了顺序不一定一致，但结果一定一致。
但在多线程环境下，重排序则会引起很大的问题，这又涉及了线程安全的要素：有序性。
有序性是指程序执行的顺序应当按照代码的先后顺序执行。
为了更好地理解有序性，下面通过一个例子来分析：
理想的结果应该是，线程二不停地打印0，最后打印一个1，终止。
在线程一里，f和i没有依赖性，如果发生了指令重排，那么f = true发生在i++之前，就有可能导致线程二在终止循环前输出的全部是0。
需要注意的是，这种情况并不常见，再次运行并不一定能重现，正因为如此，很可能会导致出现一些莫名的问题。如果修改上方代码中i的定义为使用volatile关键字来修饰，那么就可以保证最后的输出结果符合预期。这是因为，被volatile修饰的变量，CPU不会对它做重排序优化，所以也就保证了有序性。
（3）volatile不保证操作的原子性
原子性：一个或多个操作，要么全部连续执行且不会被任何因素中断，要么就都不执行。一眼看上去，这个概念和数据库概念里的事务（Transaction）很类似，没错，事务就是一种原子性操作。
原子性、可见性和有序性，是线程安全的三要素。
需要特别注意的是，volatile保证可见性和有序性，但是不保证操作的原子性，下面的代码将会证明这一点：
在之前的内容有提及，volatile能保证修改后的数据对所有线程可见，那么，这一段对intVal自增的代码，最终执行完毕的时候，intVal应该为10000。
但事实上，结果是不确定的，大部分情况下会小于10000。这是因为，无论是volatile还是自增操作，都不具备原子性。
假设intVal初始值为100，自增操作的指令执行顺序如下所示：
1）获取intVal值，此时主存内intVal值为100；
2）intVal执行+1，得到101，此时主存内intVal值仍然为100；
3）将101写回给intVal，此时主存内intVal值从100变化为101。
具体执行流程如图1-2所示。
这个过程很容易理解，如果这段指令发生在多线程环境下呢？以下面这段会发生错误的指令顺序为例：
1）线程一获得了intVal值为100；
2）线程一执行+1，得到101，此时值没有写回给主存；
3）线程二在主存内获得了intVal值为100；
4）线程二执行+1，得到101；
5）线程一写回101；
6）线程二写回101；
于是，最终主存内的intVal值，还是101。具体执行流程如图1-3所示。
图1-2 自增操作的实现原理
图1-3 多线程执行自增操作的结果
为什么volatile的可见性保证在这里没有生效？
根据volatile保证可见性的原理（内存屏障），当一个线程执行写的时候，才会改变“数据修改”的标量，在上述过程中，线程一在执行加法操作发生后，写回操作发生前，CPU开始处理线程二的时间片，执行了另外一次读取intVal，此时intVal值为100，且由于写回操作尚未发生，这一次读取是成功的。
因此，出现了最后计算结果不符合预期的情况。
synchoronized关键字确实可以解决多线程的原子操作问题，可以修改上面的代码为：
但是，这种方式明显效率不高（后面会介绍如何通过CAS来保证原子性），10个线程都在争抢同一个代码块的使用权。
由此可见，volatile只能提供线程安全的两个必要条件：可见性和有序性。