在Java相关的求职面试中，很多面试官喜欢考察面试官对Java并发的理解。最后涉及到Java内存模型（JMM）和Java并发编程的一些特性。深入的话，还可以考察JVM的底层实现和操作系统的相关知识。让我们通过一个假设的面试过程来了解更多关于volatile关键字的知识！面试官：你是怎么理解Java并发的？说说你对volatile关键字的理解。据我了解，由volatile修饰的共享变量有以下两个特点：保证不同线程对该变量进行操作时的内存可见性；prohibitinstructionreordering面试官：你能详细解释一下什么是内存可见性，什么是重排序吗？这个要讲的很多，先从Java内存模型说起。Java虚拟机规范试图定义一个Java内存模型（JavaMemoryModel，简称JMM）来屏蔽各种硬件和操作系统之间的内存访问差异，从而使Java程序在各种平台上都能达到一致的内存访问效果。简单的说，因为CPU执行指令的速度非常快，但是访问内存的速度就慢很多，相差不是一个数量级的，所以搞处理器的大佬们都给CPU加了几层缓存..在Java内存模型中，针对上述优化又进行了一波抽象。JMM规定所有的变量都存储在主存中，类似于上面提到的普通内存，每个线程都包含自己的工作内存，可以看成是CPU上的一个寄存器或者缓存，方便理解。因此，线程的操作主要基于工作内存。他们只能访问自己的工作内存，工作前后必须将数值同步回主内存。这让我自己也有点不清楚，于是拿一张纸画出来：当一个线程执行时，它首先从主内存中读取变量值，然后加载到工作内存中的一个副本中，然后传递给执行的处理器。执行完成后，给工作内存中的副本赋值，然后工作内存将值传回主存，更新主存中的值。使用工作内存和主内存，虽然速度加快了，但也带来了一些问题。例如，看下面的例子：i=i+1;假设i的初始值为0，当只有一个线程执行时，结果一定是1，而当两个线程执行时，结果会是2吗？这并不一定如此。可能存在这种情况：线程1：从主存中加载i//i=0i+1//i=1线程2：从主存中加载i//因为线程1还没有将i的值写回mainmemory，所以i还是0i+1//i=1线程1：将i保存到主存线程2：将i保存到主存如果两个线程都按照上面的执行流程，那么i***的值为实际上1。如果***writeback生效慢，你再读i的值，可能是0，就是缓存不一致的问题。以下是您刚才提出的问题。JMM主要是围绕如何处理并发过程中的原子性、可见性和顺序这三个特性而构建的。通过解决这三个问题，就可以解决缓存不一致的问题。volatile与可见性和顺序有关。面试官：这三个功能怎么样？1、原子性：在Java中，读取和分配基本数据类型的操作都是原子操作。所谓原子操作，是指这些操作不能被打断，必须做，否则不执行。例如：i=2；j=i；i++；i=i+1；上面4个操作中，i=2是读操作，肯定是原子操作，j=i你以为是原子操作，其实分两步，一个是读i的值，然后赋值给j，这是2步操作，不是原子操作，i++和i=i+1其实是等价的，读取i值，加1，然后写回主存，也就是一个3-步骤操作。所以，在上面的例子中，很多情况下可能会出现***的值，因为无法满足原子性。这样就只有简单的读取，赋值是原子操作，只能用数字赋值。如果你使用变量，还有一个读取变量值的额外步骤。一个例外是虚拟机规范允许在两个32位操作中处理64位数据类型（long和double），但是***JDK实现仍然实现了原子操作。JMM只实现基本的原子性。像上面i++这样的操作，必须使用synchronized和Lock来保证整个代码的原子性。在线程释放锁之前，必然会把i的值刷回主存。2.可见性（Visibility）：说到可见性，Java使用volatile来提供可见性。当一个变量被volatile修改后，对其的修改会立即刷新到主存中，当其他线程需要读取该变量时，会去内存中读取新的值。普通变量不能保证这一点。其实也可以通过synchronized和Lock来保证可见性。在线程释放锁之前，会将共享变量的值刷回主内存，但是synchronized和Lock的开销更大。3.排序（Ordering）JMM允许编译器和处理器对指令进行重新排序，但规定了as-if-serial语义，即无论如何重新排序，程序的执行结果都不能改变。比如下面的程序段：doublepi=3.14;//Adoubler=1;//Bdoubles=pi*r*r;//上面C的语句可以按照A->B->C执行，结果是3.14，也可以按照B->A->C的顺序执行，因为A和B是两个独立的语句，而C依赖于A和B，所以A和B可以重新排序，但是C不能排列在A和B的前面。JMM保证重排序不会影响单线程执行，但在多线程中容易出问题。比如这样的代码：inta=0;boolflag=false;publicvoidwrite(){a=2;//1flag=true;//2}publicvoidmultiply(){if(flag){//3intret=a*a;//4}}如果有两个线程执行上面的代码段，线程1先执行write，然后线程2执行multiply，那么***ret的值一定要为4吗？结果不一定：如图，write方法中1和2重新排序。线程1先给flag赋值为true，然后执行给线程2，ret直接计算结果，再给线程1，此时a赋值为2，明显落后了一步。这时候可以在flag中加上volatile关键字禁止重排序，这样可以保证程序的顺序。也可以使用重量级synchronized和Lock来保证顺序。他们可以确保那个区域的代码都是一次性的。性行为。另外，JMM还有一些与生俱来的有序性，即无需任何手段就可以保证的有序性，通常称为happens-before原则。<>定义了以下happens-before规则：1.程序顺序规则：线程中的每一个操作，happens-before线程中任何后续操作2.监控锁规则：解锁一个线程，happens-before该线程后续的加锁3.volatile变量规则：写入volatile域，happens-before后续读取这个volatile域4.传递性：如果Ahappens-beforeB，Bhappens-beforeC，则Ahappens-beforeC5.start()规则：如果线程A执行ThreadB_start()操作（启动线程B），则A线程的ThreadB_start()happens-beforeB中的任何操作6.join()原理：如果A执行ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任何操作都发生在线程A成功从ThreadB.join()操作返回之前。7、interrupt()原理：被中断线程代码检测到中断事件发生时，首先调用线程interrupt()方法，可以使用Thread.interrupted()方法检测是否有中断。8.finalize()原则：一个对象初始化的完成首先发生在它的finalize()方法的开始。程序顺序规则的第一个规则是，在一个线程中，所有的操作都是有序的，但是在JMM中，只要执行结果相同，就允许重新排序，这里强调的happens-before也是单线程执行结果的正确性，但多线程执行不能保证相同。第二条规则，monitor规则，其实很好理解，就是在加锁之前，先确认锁已经被释放了，然后再继续加锁。第三条规则适用于所讨论的易失性。如果一个线程先写一个变量，另一个线程再读它，那么写操作必须在读操作之前。第四个规则是happens-before的传递性。接下来的几项不再一一重复。面试官：volatile关键字如何满足并发编程的三大特性？然后我们必须重新审视volatile变量规则：写入一个volatile域happens-before随后读取这个volatile域。这篇文章又带出来了，其实如果一个变量声明为volatile，那么我读取这个变量的时候，总能读到它的最大值，这里的最大值是指不管是哪个其他线程写这个变量的时候，它会立即更新到主存，我也可以从主存中读取刚刚写入的值。也就是说volatile关键字可以保证可见性和有序性。继续以上面的代码为例：inta=0;boolflag=false;publicvoidwrite(){a=2;//1flag=true;//2}publicvoidmultiply(){if(flag){//3intret=a*a;//4}}此代码不仅会受到重新排序的影响，即使1、2不会。3不会实施得那么顺利。假设线程1先执行写操作，然后线程2执行乘法操作。由于线程1在工作内存中将flag赋值为1，不一定马上回写到主存中，所以当线程2执行时，再次从主存中multiply读取。flag值，可能还是false，那么括号里的语句就不会被执行。如果改为如下：inta=0;volatileboolflag=false;publicvoidwrite(){a=2;//1flag=true;//2}publicvoidmultiply(){if(flag){//3intret=a*a;//4}}然后线程1先执行write，线程2执行multiply。根据happens-before原则，这个过程会满足以下3类规则：程序顺序规则：1happens-before2；3发生在4之前；(volatilelimitsinstructionreordering,so1isexecutedbefore2)volatilerules:2happens-before3transitiverules:1happens-before4当写一个volatile变量时，JMM会刷新线程对应的localmemory中的共享变量到mainmemory当读取一个volatile变量时，JMM会刷新线程对应的sharedvariable，线程的localmemory失效，线程接下来会从mainmemory中读取sharedvariable。面试官：volatile的两点内存语义可以保证可见性和顺序，但是能保证原子性吗？首先我的回答是不能保证原子性。如果能保证的话，只是针对单个volatile变量的读写。原子性，但是对于volatile++这样的复合操作却无能为力，比如下面这个例子：inti=0;i<10;i++){newThread(){publicvoidrun(){for(intj=0;j<1000;j++)test.increase();};}.start();}while(Thread.activeCount()>1)//保证前面的线程都执行完Thread.yield();System.out.println(test.inc);}按理说结果是10000，但很可能是一个运行时值小于10000。可能有人会说volatile并不能保证可见性。一个线程对inc的修改应该立即被另一个线程看到！但是这里的inc++操作是一个复合操作，包括读取inc的值并自增。然后写回主存。假设线程A读取到inc的值为10，此时阻塞，因为变量没有被修改，无法触发volatile规则。线程B此时也读取了inc的值，主存中inc的值还是10，自增，然后立即写回主存，即11。此时，它又轮到线程A执行了。由于10存放在工作内存中，所以不断递增，然后写回主存，再次写入11。所以虽然两个线程都执行了两次increase()，但是结果只增加了一次。有人说volatile会使缓存行失效？但是这里线程A在线程B读取inc之前并没有修改inc的值，所以线程B读取的时候还是读取到10，还有人说线程B把11写回主存，不会使缓存失效吗线程A的行？但是线程A的读操作已经做完了，只有在做读操作的时候发现自己缓存的行无效才会去读主存的值，所以这里线程A只能继续做自动递增。综上所述，在这种复合操作的场景下，无法维护原子功能。但是上面设置flag值的例子中的volatile，由于对flag的读写操作都是单步的，所以还是可以保证原子性的。保证原子性只能靠synchronized、Lock，以及concurrent包下的atomic原子操作类，即自增（自增1操作）、自减（减1操作）、基本的加法操作数据类型（加一个数）和减法运算（减一个数）被封装起来，保证这些操作是原子操作。面试官：可以，但是你知道volatile的底层实现机制吗？如果你把带volatile关键字的代码和不带volatile关键字的代码都生成汇编代码，你会发现多了一段带volatile关键字的lock前缀指令的代码。lockprefix指令其实就相当于一个内存屏障，内存屏障提供了以下功能：重排序时，后面的指令不能重新排序到内存屏障之前的位置，这样CPU的Cache就可以写入内存了****写入动作也会导致其他CPU或其他核心使其Cache失效，相当于让新写入的值对其他线程可见。面试官：你在哪里使用volatile？举两个例子好吗？1.状态卷标志，和上面的标志标志一样，再提一下：inta=0;volatileboolflag=false;publicvoidwrite(){a=2;//1flag=true;//2}publicvoidmultiply(){if(flag){//3intret=a*a;//4}}这种对变量的读写操作，标记为volatile可以保证Threads的修改立即可见。Lock与synchronized相比，有一定的效率提升。2.单例模式的实现，典型的双重检查锁定（DCL）null)instance=newSingleton();}}returninstance;}}这是惰性单例模式，对象在使用时创建，为了避免初始化操作的指令重排序，在实例中加入了volatile。
