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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发生与预期不符的情况。

=== volatile 的作用 ===
volatile 有以下三个作用：

==== volatile 用于解决多核 CPU cache（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：'''<big>可见性</big>'''。

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。






==== 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：<syntaxhighlight lang="java" line="1">
        int i = 0;
        i++;
        boolean f = false;
        f = true;
</syntaxhighlight>如果 <code>i++</code> 发生在 <code>int i = 0</code> 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，<code>int i = 0</code> 一定会早于 <code>boolean f = false</code> 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。

在单线程执行的情况下，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：'''<big>有序性</big>'''

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，可以看看多线程情况下指令重排对程序执行造成的影响：