Java中的volatile关键字原理
一. 概述
在并发编程中，我们通常会遇到以下三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题，被volatile关键字修饰的变量（类的成员变量、类的静态成员变量），具有了可见性、有序性，但是不能保证原子性。
二. 可见性
volatile关键字保证了多线程间的可见性。
被volatile修饰的变量的读取和修改特征：
- 每次访问变量时，总是获取主内存的最新值；
- 每次修改变量（线程缓存）后，立刻回写到主内存。
三. 有序性
volatile关键字禁止指令重排序，即有序性。
有两层意思：
- 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完成，且结果已经对后面的操作可见了，在其后面的操作肯定还没有进行。
- 在进行指令优化时，不能将volatile变量前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。
举例说明
// x y为非volatile变量
// flag为volatile变量
x = 2; //语句1
y = 0; //语句2
flag = true; //语句3
x = 4; //语句4
y = -1; //语句5由于flag变量为volatile变量，那么在进行指令重排序的时候，不会将语句3放到语句1、语句2前面，也不会将语句3放到语句4、语句5后面。但是要注意语句1和语句2的顺序、语句4和语句5的顺序是不作任何保证的。并且volatile关键字能保证，执行到语句3时，语句1和语句2必定是执行完毕了的，且语句1和语句2的执行结果对语句3、语句4、语句5是可见的。
四. 原子性
volatile关键字不保证原子性。
Java中只有对基本类型变量的赋值和读取是原子操作，如i = 1的赋值操作，但是像j = i或者i++这样的操作都不是原子操作，因为他们都进行了多次原子操作，比如先读取i的值，再将i的值赋值给j，两个原子操作加起来就不是原子操作了。所以，如果一个变量被volatile修饰了，那么肯定可以保证每次读取这个变量值的时候得到的值是最新的，但是一旦需要对变量进行自增这样的非原子操作，就不会保证这个变量的原子性了。
一个变量i被volatile修饰，假设两个线程A、B想对这个变量修改，都对其进行自增操作也就是i++，i++的过程可以分为三步：
- 首先获取i的值。
- 其次对i的值进行加1。
- 最后将得到的新值写会到缓存中和主存中。
更新操作步骤：
- 线程A首先得到了i的初始值100，但是还没来得及修改，就出现阻塞了。
- 这时线程B开始了，它也得到了i的值，由于i的值未被修改得到的值也是100，之后对其进行加1操作，得到101后，将新值写入到缓存中，再刷入主存中。
- 线程A阻塞结束后，然后加1得到101，再将值写到缓存，最后刷入主存。所以即便是volatile具有可见性，也不能保证对它修饰的变量具有原子性。
五. ABA问题
假如线程1使用CAS修改初始值为A的变量X（X=A），那么线程1首先会获取当前变量X的值（A），然后使用CAS操作尝试修改X的值为B，如果使用CAS修改成功了，那么程序运行一定是正常的吗？其实未必，这是因为有可能在线程1获取到变量X的值A后，在执行CAS之前，线程2使用了CAS修改了变量X值为B，然后又使用了CAS操作使得变量X值为A，虽然线程A执行了CAS操作时X=A，但是这个A已经不是线程1获取到的A了。这就是ABA问题。ABA问题的产生是因为变量的状态值产生了环形转换，就是变量值可以从A到B，也可以B到A，如果变量的值只能朝着一个方向转换，例如A到B，B到C，不构成环路，就不会存在这个问题。JDK中的AtomicStampedReference类给每个变量的状态值都配备了一个时间戳，从而避免了ABA问题。