java的volatile關鍵字用於標記一個變量「應當存儲在主存」。更確切地說，每次讀取volatile變量，都應該從主存讀取，而不是從CPU緩存讀取。每次寫入一個volatile變量，應該寫到主存中，而不是僅僅寫到CPU緩存。
【變量可見性問題】
在一個多線程的應用中，線程在操作非volatile變量時，出於性能考慮，每個線程可能會將變量從主存拷貝到CPU緩存中。並且JVM並不保證會從主存中讀取數據到CPU緩存，或者將CPU緩存中的數據寫到主存中，如圖：如果只有線程1修改了（自增）counter變量，而線程1和線程2兩個線程都會在某些時刻讀取counter變量。如果counter變量沒有聲明成volatile，則counter的值不保證會從CPU緩存寫回到主存中。也就是說，CPU緩存和主存中的counter變量值並不一致。這就是「可見性」問題，線程看不到變量最新的值，因為其他線程還沒有將變量值從CPU緩存寫回到主存。一個線程中的修改對另外的線程是不可見的。
【volatile可見性】
Java的volatile關鍵字就是設計用來解決變量可見性問題。將counter變量聲明為volatile，則在寫入counter變量時，也會同時將變量值寫入到主存中。同樣的，在讀取counter變量值時，也會直接從主存中讀取。
將一個變量聲明為volatile，可以保證變量寫入時對其他線程的可見。在上面的場景中，一個線程（T1）修改了counter，另一個線程（T2）讀取了counter（但沒有修改它），將counter變量聲明為volatile，就能保證寫入counter變量後，對T2是可見的。然而，如果T1和T2都修改了counter的值，那麼就會出現問題了。事實上，多個線程都能寫入共享的volatile變量，主存中也能存儲正確的變量值，然而這有一個前提，變量新值的寫入不能依賴於變量的舊值。換句話說，就是一個線程寫入一個共享volatile變量值時，不需要先讀取變量值，然後以此來計算出新的值。
【擴展】
volatile的可見性保證並不是只對於volatile變量本身那麼簡單。可見性保證遵循以下規則：
- 如果線程A寫入一個volatile變量，線程B隨後讀取了同樣的volatile變量，則線程A在寫入volatile變量之前的所有可見的變量值，在線程B讀取volatile變量後也同樣是可見的。
- 如果線程A讀取一個volatile變量，那麼線程A中所有可見的變量也會同樣從主存重新讀取。
寫入代碼：
public class MyClass {
private int years;
private int months
private volatile int days;
public void update(int years, int months, int days){
this.years = years;
this.months = months;
this.days = days;
}
}update()方法寫入3個變量，其中只有days變量是volatile。完整的volatile可見性保證意味著，在寫入days變量時，線程中所有可見變量也會寫入到主存。也就是說，寫入days變量時，years和months也會同時被寫入到主存。
讀取代碼：
public class MyClass {
private int years;
private int months
private volatile int days;
public int totalDays() {
int total = this.days;
total += months * 30;
total += years * 365;
return total;
}
}
totalDays()方法開始讀取days變量值到total變量。在讀取days變量值時，months和years的值也會同時從主存讀取。因此，按上面所示的順序讀取時，可以保證讀取到days、months、years變量的最新值。
可以將對volatile變量的讀寫理解為一個觸發刷新的操作，寫入volatile變量時，線程中的所有變量也都會觸發寫入主存。而讀取volatile變量時，也同樣會觸發線程中所有變量從主存中重新讀取。因此，應當儘量將volatile的寫入操作放在最後，而將volatile的讀取放在最前，這樣就能連帶將其他變量也進行刷新。上面的例子中，update()方法對days的賦值就是放在years、months之後，就是保證years、months也能將最新的值寫入到主存，如果是放在兩個變量之前，則days會寫入主存，而years、months則不會。反過來，totalDays()方法則將days的讀取放在最前面，就是為了能同時觸發刷新years、months變量值，如果是放後面，則years、months就可能還是從CPU緩存中讀取值，而不是從主存中獲取最新值。
【指令重排問題】
出於性能考慮，JVM和CPU是允許對程序中的指令進行重排的，只要保證（重排後的）指令語義一致即可。然而，指令重排面臨的一個問題就是對volatile變量的處理。
public class MyClass {
private int years;
private int months
private volatile int days;
public void update(int years, int months, int days){
this.years = years;
this.months = months;
this.days = days;
}
}發生指令重排後，可能變化為：
public void update(int years, int months, int days){
this.days = days;
this.months = months;
this.years = years;
}在days被修改時，months、years的值也會寫入到主存，但這時進行寫入，months、years並不是新的值。java通過Happens-Before來保證。
【Happens-Before】
- 如果有讀寫操作發生在寫入volatile變量之前，讀寫其他變量的指令不能重排到寫入volatile變量之後。寫入一個volatile變量之前的讀寫操作，對volatile變量是有happens-before保證的。注意，如果是寫入volatile之後，有讀寫其他變量的操作，那麼這些操作指令是有可能被重排到寫入volatile操作指令之前的。但反之則不成立。即可以把位於寫入volatile操作指令之後的其他指令移到寫入volatile操作指令之前，而不能把位於寫入volatile操作指令之前的其他指令移到寫入volatile操作指令之後。
- 如果有讀寫操作發生在讀取volatile變量之後，讀寫其他變量的指令不能重排到讀取volatile變量之前。注意，如果是讀取volatile之前，有讀取其他變量的操作，那麼這些操作指令是有可能被重排到讀取volatile操作指令之後的。但反之則不成立。即可以把位於讀取volatile操作指令之前的指令移到讀取volatile操作指令之後，而不能把位於讀取volatile操作指令之後的指令移到讀取volatile操作指令之前。
【總結】
如果只有一個線程對volatile進行讀寫，而其他線程只是讀取變量，這時，對於只是讀取變量的線程來說，volatile就已經可以保證讀取到的是變量的最新值。如果沒有把變量聲明為volatile，這就無法保證。讀寫volatile變量會導致變量從主存讀寫。從主存讀寫比從CPU緩存讀寫更加「昂貴」。訪問一個volatile變量同樣會禁止指令重排，而指令重排是一種提升性能的技術。因此，你應當只在需要保證變量可見性的情況下，才使用volatile變量。