字分裂
当你的 Java 数据类型足够大（在 Java 中 long 和 double 类型都是 64 位），（32 位 JDK）写入变量的过程会分两步进行，就会发生 Word tearing（字分裂）情况。 JVM 被允许将 64 位数量的读写作为两个单独的 32 位操作执行，这增加了在读写过程中发生上下文切换的可能性，因此其他任务会看到不正确的结果。这被称为 Word tearing（字分裂），因为你可能只看到其中一部分修改后的值。基本上，任务有时可以在第一步之后但在第二步之前读取变量，从而产生垃圾值（对于例如 boolean 或 int 类型的小变量是没有问题的；任何 long 或 double 类型则除外）
在缺乏任何其他保护的情况下，用 volatile 修饰符定义一个 long 或 double 变量，可阻止字分裂情况。然而，如果使用 synchronized 或 java.util.concurrent.atomic 库之一保护这些变量，则 volatile 将被取代。此外，volatile 不会影响到增量操作并不是原子操作的事实（例如 i++ ）
可见性
在一个多线程的应用中，线程在操作非 volatile 变量时，出于性能考虑，每个线程可能会将变量从主存拷贝到 CPU 缓存中。如果你的计算机有多个 CPU，每个线程可能会在不同的 CPU 中运行。这意味着，每个线程都有可能会把变量拷贝到各自 CPU 的缓存中。 出现这个问题是因为 Java 尝试尽可能地提高执行效率，缓存的主要目的是避免从主内存中读取数据。当并发时，有时不清楚 Java 什么时候应该将值从主内存刷新到本地缓存 — 而这个问题称为 缓存一致性 （ cache coherence ）
每个线程都可以在处理器缓存中存储变量的本地副本。将字段定义为 volatile 可以防止这些编译器优化，这样读写就可以直接进入内存，而不会被缓存。一旦该字段发生写操作，所有任务的读操作都将看到更改。如果一个 volatile 字段刚好存储在本地缓存，则会立即将其写入主内存，并且该字段的任何读取都始终发生在主内存中
volatile 应该在何时适用于变量：
- 该变量同时被多个任务访问
- 这些访问中至少有一个是写操作
- 你尝试避免同步（在现代 Java 中，你可以使用高级工具来避免进行同步，例如
java.util.concurrent.atomic库）
重要的是要理解原子性和可见性是两个不同的概念，在非 volatile 变量上的原子操作是不能保证是否将其刷新到主内存的
同步也会让主内存刷新，所以如果一个变量由 synchronized 的方法或代码段（或者 java.util.concurrent.atomic 库里类型之一）所保护，则不需要让变量用 volatile
重排与 Happen-Before 原则
只要结果不会改变程序表现，Java 可以通过重排指令来优化性能。然而，重排可能会影响本地处理器缓存与主内存交互的方式，从而产生细微的程序 bug 。volatile 关键字可以阻止重排 volatile 变量周围的读写指令。这种重排规则称为 happens before 担保原则
happens-before 原则保证在 volatile 变量读写之前发生的指令先于它们的读写之前发生；同样，任何跟随 volatile 变量之后读写的操作都保证发生在它们的读写之后，例如：
// lowlevel/ReOrdering.java
public class ReOrdering implements Runnable {
int one, two, three, four, five, six;
volatile int volaTile;
@Override
public void run() {
one = 1;
two = 2;
three = 3;
volaTile = 92;
int x = four;
int y = five;
int z = six;
}
}
复制代码例子中 one，two，three 变量赋值操作可以被重排，但它们都发生在 volatile 变量写操作之前。同样，只要 volatile 变量写操作发生在所有语句之前， x，y，z 语句也可以被重排。这种 volatile（易变性）操作通常称为 memory barrier（内存屏障）。happens before 担保原则确保 volatile 变量的读写指令不能跨过内存屏障进行重排
happens before 担保原则还有另一个作用：当线程向一个 volatile 变量写入时，在线程写入之前的其他所有变量（包括非 volatile 变量）也会刷新到主内存。当线程读取一个 volatile 变量时，它也会读取其他所有变量（包括非 volatile 变量）与 volatile 变量一起刷新到主内存。尽管这是一个重要的特性，它解决了 Java 5 版本之前出现的一些非常狡猾的 bug ，但是你不应该依赖这项特性来“自动”使周围的变量变得易变性(volatile)
总结
- 针对
long和double这种 64 位数量的读写，volatile能阻止可能存在的字分裂 volatile保证可见性，所有读取直接从主存读取，所有写入直接写入主存中volatile确保指令重排序时不会把其后面的指令排到volatile变量之前，也不会把前面的指令排到volatile变量之后volatile不能保证原子性，可以通过synchronized或java.util.concurrent.atomic库来保证原子性- 读写
volatile变量会导致变量从主存读写，从主存读写比从 CPU 缓存读写更加昂贵；访问一个volatile变量会禁止指令重排，而指令重排是一种提升性能的技术。因此，应当只在需要保证变量可见性的情况下，才使用volatile变量，以免影响程序性能
参考资料：