Один поток в цикле читает обычное поле-флаг, другой его меняет, но цикл не завершается. Почему?

Java Memory Model разрешает компилятору (в том числе JIT) и процессору оптимизации: держать значение поля в регистре или кэше ядра, переупорядочивать независимые операции. Для одного потока это незаметно, но другой поток может бесконечно читать старое значение. JIT вправе превратить while (!stop) {} в бесконечный цикл, прочитав stop один раз.

volatile на поле даёт две гарантии:

• видимость — запись сразу видна всем потокам, чтение всегда берёт актуальное значение;
• порядок — запись в volatile-поле «публикует» всё, что поток записал до неё: другой поток, прочитавший volatile, увидит и эти изменения (отношение happens-before).

Чего volatile не даёт — атомарности составных операций. count++ — это чтение, прибавление и запись; два потока всё равно потеряют обновление. Для этого нужны AtomicInteger или блокировка.

Типичное правильное применение volatile — флаг остановки, признак готовности, безопасная публикация неизменяемого объекта.

class Worker implements Runnable {
    private volatile boolean stopped;   // без volatile цикл может не завершиться

    public void run() {
        while (!stopped) { doWork(); }
    }
    public void stop() { stopped = true; }
}