可见性
可见性是一种复杂的属性，因为可见性中的错误总是会违背我们的直觉。在单线程环境中，如果向某个变量先写入值，然后在没有其他写入操作的情况下读取这个变量，那么总能得到相同的值。这看起来很自然。然而，当读操作和写操作在不同的线程执行时，情况却并非如此，通常我们无法确保执行读操作的线程能适时的看到其他线程写入的值，有时甚至是根本不可能的事情。为了确保多个线程之间对内存写入操作的可见性，必须使用同步机制。
public class NoVisibility {
private static boolean ready;
private static int number;
private static class ReaderThread extends Thread {
public void run() {
while (!ready)
Thread.yield();
System.out.println(number);
}
}
public static void main(String[] args) {
new ReaderThread().start();
number = 42;
ready = true;
}
}
NoVisibility看起来会输出42，但事实上可能输出0，或者根本无法终止。因为代码中没有使用足够的同步机制，因此无法保证主线程写入的ready值和number值对于读线程来说是可见的。
NoVisibility可能会持续循环下去，因为读线程可能永远都看不到ready的值。一种更奇怪的现象是，NoVisibility可能会输出0，因为读线程可能看到了ready的值，但却没有看到之后写入的number的值，这种现象被称为“重排序（Reordering）”。只要在某个线程中无法检测到重排序情况（即使在其他线程中可以很明显地看到该线程中的重排序），那么就无法确保线程中的操作将按照程序中指定的顺序执行。当主线程首先写入number，然后在没有同步的情况下写入ready，那么读线程看到的顺序可能与写入的顺序完全相反。
幸运的是，有一种简单的方法能避免这些复杂的问题：只要有数据在多个线程共享，就使用正确的同步。
在没有同步的情况下，编译器、处理器以及运行时等都可能对操作的执行顺序进行一些意想不到的调整。在缺乏足够同步的多线程程序中，要想对内存操作的执行顺序进行判断，几乎无法得出正确的结论。
重排序能使JVM充分地利用现代多核处理器的强大性能。例如，在缺少同步的情况下，Java内存模型允许编译器对操作顺序进行重排序，并将数值缓存在寄存器中。此外还允许CPU对操作顺序进行重排序，并将数值缓存在处理器特定的缓存中。
失效数据
NoVisibility展示在缺乏同步的程序中可能产生错误结果的一种情况：失效数据。当读线程查看ready变量时，可能会得到一个已经失效的值。除非每次在访问变量时都使用同步，否则很可能获得该变量的一个失效值。更糟的是，失效值可能不会同时出现：一个线程可能获得某个变量的最新值，而获得另一个变量的实效值。
非原子的64位操作
当线程在没有同步的情况下读取变量时，可能会得到一个失效值，但至少这个值是由之前某个线程设置的值，而不是一个随机值。这种安全性保证也被称为最低安全性（out-of-thin-airsafety）。
最低安全性适用于绝大多数变量，但是存在一个例外：非volatile类型的64位数值变量（double和long）。Java内存模型要求，变量的读取操作和写入操作必须是原子操作，但对于非volatile类型的long和double变量，JVM允许将64位的读操作或写操作分解成两个32位的操作。当读取一个非volatile类型的long变量时，如果对该变量的读操作和写操作在不同的线程中执行，那么很可能会读取到某个值得高32位和另一个值低32位。因此，即使不考虑失效数据问题，在多线程程序中使用共享且可变的long和double等类型的变量也是不安全的，除非用关键字volatile来声明它们，或者用锁保护起来。
加锁与可见性
加锁的含义不仅仅局限于互斥行为，还包括内存可见性。为了确保所有线程都能看到共享变量的最新值，所有执行读操作或者写操作的线程都必须在同一个锁上同步。
Volatile变量
Java提供了一种较弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。当把变量声明成volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量时共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。然而，在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，所以volatile是一种比synchronized关键字更轻量的级的同步机制。
仅当volatile变量能简化代码的实现以及对同步策略的验证时，才应该使用它们。如果在验证正确性是需要对可见性进行复杂的判断，那么就不要使用volatile变量。volatile变量的正确使用方式包括：确保它们自身状态的可见性，确保它们所引用对象的状态的可见性，以及标识一些重要的程序生命周期事件的发生（例如，初始化或关闭）。
加锁机制既可以确保可见性又可以确保原子性，而volatile变量只能确保可见性
当且仅当满足以下所有条件时，才应该使用volatile变量
- 对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值。
- 该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中
- 在访问变量时不需要加锁
