說這個之前，要先說到cpu的運行，大家都知道，計算機在執行程序時，每條指令都是在 CPU 中執行的，而執行指令過程中，勢必涉及到數據的讀取和寫入。由於程序運行過程中的臨時數據是存放在主存（物理內存）當中的，這時就存在一個問題，由於CPU執行速度很快，而從內存讀取數據和向內存寫入數據的過程跟 CPU 執行指令的速度比起來要慢的多，因此如果任何時候對數據的操作都要通過和內存的交互來進行，會大大降低指令執行的速度。因此在 CPU 裏面就有了高速緩存。如果程序中存在有被多個線程訪問的變量也就是共享變量，有可能就會造成緩存一致性問題（有個緩存一致性協議，不過，他是硬件層面的，叫MESI 協議）。
在多核 CPU 中（現在應該都是多核了），每條線程可能運行於不同的 CPU 中，因此每個線程運行時有自己的高速緩存，所以高速緩存中的變量沒有立即寫入主存，就會造成可見性問題（也就是其他線程不可見）。
爲了解決可見性問題：
第一張方法：就是這裏的volatile 關鍵字，它會保證修改的值會立即被更新到主存，當有其他線程需要讀取時，它會去內存中讀取新值。
第二種：通過 synchronized 和 Lock 也能夠保證可見性，synchronized 和 Lock 能保證同一時刻只有一個線程獲取鎖然後執行同步代碼，並且在釋放鎖之前會將對變量的修改刷新到主存當中。因此可以保證可見性。
爲了解決緩存不一致性問題：
使用緩存一致性協議（硬件層面）。最出名的就是 Intel 的 MESI 協議，MESI 協議保證了每個緩存中使用的共享變量的副本是一致的。它核心的思想是：當 CPU 寫數據時，如果發現操作的變量是共享變量，即在其他 CPU 中也存在該變量的副本，會發出信號通知其他 CPU 將該變量的緩存行置爲無效狀態（反映到硬件層的話，就是CPU 的 L1 或者 L2 緩存中對應的緩存行無效），因此當其他 CPU 需要讀取這個變量時，發現自己緩存中緩存該變量的緩存行是無效的，那麼它就會從內存重新讀取。
volatile還跟變量的原子性有關，有個經典的自增問題（i++），即使用鎖或者volatile都不能保證原子性。要想解決就得用原子類，在 java 1.5的 java.util.concurrent.atomic 包下提供了一些原子操作類，即對基本數據類型的 自增（加 1操作），自減（減 1 操作）、以及加法操作（加一個數），減法操作（減一個數）進行了封裝，保證這些操作是原子性操作。atomic 是利用 CAS 來實現原子性操作的（Compare And Swap），CAS 實際上是利用處理器提供的 CMPXCHG 指令實現的，而處理器執行 CMPXCHG 指令是一個原子性操作。
還有一點， volatile 關鍵字能禁止指令重排序，所以 volatile 能在一定程度上保證有序性。
舉個例子：
//x、y爲非volatile變量
//flag爲volatile變量
x = 2; //語句1
y = 0; //語句2
flag = true; //語句3
x = 4; //語句4
y = -1; //語句5
由於 flag 變量爲 volatile 變量，那麼在進行指令重排序的過程的時候，不會將語句 3 放到語句 1、語句 2 前面，也不會講語句 3 放到語句 4、語句 5 後面。但是要注意語句 1 和語句 2 的順序、語句 4 和語句 5 的順序是不作任何保證的。
並且 volatile 關鍵字能保證，執行到語句 3 時，語句 1 和語句 2 必定是執行完畢了的，且語句 1 和語句 2 的執行結果對語句 3、語句 4、語句 5 是可見的。
說一下原理：volatile 的原理和實現機制：
觀察加入 volatile 關鍵字和沒有加入 volatile 關鍵字時所生成的彙編代碼發現，加入 volatile 關鍵字時，會多出一個 lock 前綴指令。
lock 前綴指令實際上相當於一個內存屏障（也稱內存柵欄），內存屏障會提供 3 個功能：
1.它確保指令重排序時不會把其後面的指令排到內存屏障之前的位置，也不會把前面的指令排到內存屏障的後面；即在執行到內存屏障這句指令時，在它前面的操作已經全部完成；
2.它會強制將對緩存的修改操作立即寫入主存；
3.如果是寫操作，它會導致其他 CPU 中對應的緩存行無效。
volatile的金典使用場景：雙重檢查
class Singleton{
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if(instance==null) {
synchronized (Singleton.class) {
if(instance==null)
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
據說這樣的雙重檢查有問題，可以使用ThreadLocal修復雙重檢測
public class Singleton {
private static final ThreadLocal perThreadInstance = new ThreadLocal();
private static Singleton singleton ;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (perThreadInstance.get() == null){
// 每個線程第一次都會調用
createInstance();
}
return singleton;
}
private static final void createInstance() {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
perThreadInstance.set(perThreadInstance);
}
}
有個原子性操作案例：
x = 10; //語句1
y = x; //語句2
x++; //語句3
x = x + 1; //語句4
有些朋友可能會說上面的 4 個語句中的操作都是原子性操作。其實只有語句 1 是原子性操作，其他三個語句都不是原子性操作。