Javaの volatile キーワードと可視性問題｜マルチスレッド設計で絶対に押さえるべき仕組み

はじめに｜“見えない変更”があなたのバグの原因かも？

Javaでマルチスレッドのコードを書いていると、「なぜか止まらない」「処理が動いたり動かなかったりする」といった不思議なバグに遭遇することがあります。
その原因の多くは、**「スレッド間で共有している変数の変更が見えていない」**という、可視性の問題です。

そんなときに登場するのが、volatile というキーワード。
簡単そうに見えるこのキーワードですが、使いどころを間違えると逆に危険です。

本記事では、Java初心者〜中級者向けに、

可視性とは何か？
volatileの正体とできること
使っていい場面／ダメな場面
実務での活用法

をやさしい言葉と具体例で解説します。

1. そもそも可視性とは？Javaの見えないバグの正体

✔ 可視性とは「変数の変更が他のスレッドに見えること」

Javaでは、複数のスレッドで同じ変数を使っているとき、あるスレッドで値を変更しても、別のスレッドがその変更を見られないことがあるのです。

class Shared {
    boolean running = true;

    void stop() {
        running = false;
    }

    void run() {
        while (running) {
            // ループ処理
        }
    }
}

class Shared {

boolean running = true;

void stop() {

running = false;

}

void run() {

while (running) {

// ループ処理

}

このコード、stop()でrunningをfalseにしたら、run()のループが止まるはずですよね？

でも実際は、止まりません。

その理由は、runningの変更が「run()側から見えていない」から。
CPUやJavaの最適化によって、runningの変更がキャッシュにとどまっていたり、順番が入れ替わったりするからです。

2. Javaメモリモデルと可視性のギャップ

Javaでは、各スレッドがローカルキャッシュのような仕組みを持っており、変数の値をメインメモリと同期しないことがあります。
このときに、別のスレッドが古い値を見てしまう現象が起きます。

これが「可視性の問題」です。

3. そこで登場、volatileキーワード！

✔ 役割１：可視性を保証する

volatileをつけると、「この変数は変更されたら、すぐに他のスレッドに見えるようにする」という命令になります。

volatile boolean running = true;

1 2	volatile boolean running = true;

これだけで、stop()からの変更が、すぐにrun()にも反映されるようになります。

✔ 役割２：書き込み・読み込みの順序を守る（happens-before）

Javaにはhappens-beforeというルールがあり、volatileを使うと：

書き込み → 読み込みの順番が守られる
書き込んだ側の他の処理も、読み込む側から見えるようになる

という、安全なスレッド間の通信が可能になります。

4. でも注意！volatileは万能ではない

❌ 原子性（atomicity）は保証しない

volatile int count;のように使っても、以下の操作は安全ではありません。

count++; // 危険！

1 2	count++; // 危険！

これは実は：

値を読み込む
1を足す
結果を書き戻す

という３つのステップで実行されるため、複数スレッドが同時にやると上書きされます。

5. volatileを使って良い場面・ダメな場面

✅ 適切な場面

フラグの制御（停止、開始など）
参照の切り替え（オブジェクトの差し替え）
読み込みが多く、書き込みが少ない

❌ 適さない場面

複雑な操作（インクリメント、条件付き更新など）
複数の変数をまとめて扱うとき
複雑なスレッド間の同期が必要なとき

6. volatileの具体例を見てみよう！

✔ OKな例：停止フラグ

class Worker {
    private volatile boolean stop = false;

    void stopWork() {
        stop = true;
    }

    void doWork() {
        while (!stop) {
            // 処理中
        }
    }
}

class Worker {

private volatile boolean stop = false;

void stopWork() {

stop = true;

}

void doWork() {

while (!stop) {

// 処理中

}

このような「状態を切り替えるだけ」の用途なら、volatileがぴったりです。

✔ NGな例：カウンタ

class Counter {
    private volatile int count = 0;

    void increment() {
        count++; // ダメ！競合します
    }
}

class Counter {

private volatile int count = 0;

void increment() {

count++; // ダメ！競合します

}

→ こういうときは AtomicInteger や synchronized を使いましょう。

7. AtomicIntegerとの違いは？

特徴	volatile	AtomicInteger
可視性	◎	◎
原子性	✕	◎
複雑な操作	✕	△（ある程度可能）
パフォーマンス	◎（軽量）	○

8. 実務での設計ポイント

✔ 設計上のチェックリスト

共有する変数は、読み書きの頻度・意味合いを整理
状態切り替えのみならvolatile、それ以外はsynchronizedやAtomicを検討
volatileに頼りすぎず、設計で解決できないかを考える
IDEや静的解析ツールで並行処理の問題を事前に検出

9. volatileを使うときのアンチパターン

❌ 「とりあえず volatile 付けとく」

→ 意味のない場面でつけても、可視性だけが保証されて競合は解決しない。

❌ volatileだけで安全だと思い込む

→ 競合の多い処理はvolatileでは防げません。

10. まとめ：volatileは“軽い同期”の道具

Javaの並行処理は難しいですが、volatileはその中で**「軽量で使いやすい」同期の選択肢**です。

状態フラグや参照の切り替えに最適
でも原子性は保証しないので、使いどころを見極めよう
正しく使えば、バグを未然に防ぐ最強の武器になります！

さらに深く学びたい人へ

volatileやAtomicInteger、synchronizedなどをマスターすれば、Javaでのマルチスレッド設計に自信がつきます。
本気でJavaを学びたい方には：

👉 絶対にJavaプログラマーになりたい人へ。
で並行処理の基礎から学び直し、
👉 サイゼントアカデミー
でコードレビューや実務設計力を鍛えるのがオススメです！