面试官：volatile关键字如何满足并发编程的三大特性的?
那就要重提volatile变量规则： 对一个volatile域的写，happens-before于后续对这个volatile域的读。 这条再拎出来说，其实就是如果一个变量声明成是volatile的，那么当我读变量时，总是能读到它的最新值，这里最新值是指不管其它哪个线程对该变量做了写操作，都会立刻被更新到主存里，我也能从主存里读到这个刚写入的值。也就是说volatile关键字可以保证可见性以及有序性。 继续拿上面的一段代码举例：
int a = 0; bool flag = false; public void write() { a = 2; //1 flag = true; //2 } public void multiply() { if (flag) { //3 int ret = a * a;//4 } } |
这段代码不仅仅受到重排序的困扰，即使1、2没有重排序。3也不会那么顺利的执行的。假设还是线程1先执行write操作，线程2再执行multiply操作，由于线程1是在工作内存里把flag赋值为1，不一定立刻写回主存，所以线程2执行时，multiply再从主存读flag值，仍然可能为false，那么括号里的语句将不会执行。 如果改成下面这样：
int a = 0; volatile bool flag = false; public void write() { a = 2; //1 flag = true; //2 } public void multiply() { if (flag) { //3 int ret = a * a;//4 } } |
那么线程1先执行write,线程2再执行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：1 happens-before 2; 3 happens-before 4; (volatile限制了指令重排序，所以1 在2 之前执行) volatile规则：2 happens-before 3 传递性规则：1 happens-before 4 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效，线程接下来将从主内存中读取共享变量。
面试官：volatile的两点内存语义能保证可见性和有序性，但是能保证原子性吗?
首先我回答是不能保证原子性，要是说能保证，也只是对单个volatile变量的读/写具有原子性，但是对于类似volatile++这样的复合操作就无能为力了，比如下面的例子：
public class Test { public volatile int inc = 0; public void increase() { inc++; } public static void main(String[] args) { final Test test = new Test(); for(int i=0;i<10;i++){ new Thread(){ public void run() { for(int j=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); } |
按道理来说结果是10000，但是运行下很可能是个小于10000的值。有人可能会说volatile不是保证了可见性啊，一个线程对inc的修改，另外一个线程应该立刻看到啊!可是这里的操作inc++是个复合操作啊，包括读取inc的值，对其自增，然后再写回主存。 假设线程A，读取了inc的值为10，这时候被阻塞了，因为没有对变量进行修改，触发不了volatile规则。 线程B此时也读读inc的值，主存里inc的值依旧为10，做自增，然后立刻就被写回主存了，为11。 此时又轮到线程A执行，由于工作内存里保存的是10，所以继续做自增，再写回主存，11又被写了一遍。所以虽然两个线程执行了两次increase()，结果却只加了一次。
有人说，volatile不是会使缓存行无效的吗?但是这里线程A读取到线程B也进行操作之前，并没有修改inc值，所以线程B读取的时候，还是读的10。 又有人说，线程B将11写回主存，不会把线程A的缓存行设为无效吗?但是线程A的读取操作已经做过了啊，只有在做读取操作时，发现自己缓存行无效，才会去读主存的值，所以这里线程A只能继续做自增了。
综上所述，在这种复合操作的情景下，原子性的功能是维持不了了。但是volatile在上面那种设置flag值的例子里，由于对flag的读/写操作都是单步的，所以还是能保证原子性的。 要想保证原子性，只能借助于synchronized,Lock以及并发包下的atomic的原子操作类了，即对基本数据类型的 自增(加1操作)，自减(减1操作)、以及加法操作(加一个数)，减法操作(减一个数)进行了封装，保证这些操作是原子性操作。
面试官：说的还可以，那你知道volatile底层的实现机制?
如果把加入volatile关键字的代码和未加入volatile关键字的代码都生成汇编代码，会发现加入volatile关键字的代码会多出一个lock前缀指令。 lock前缀指令实际相当于一个内存屏障，内存屏障提供了以下功能：
1、重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置
2、使得本CPU的Cache写入内存 ** **
3、写入动作也会引起别的CPU或者别的内核无效化其Cache，相当于让新写入的值对别的线程可见。
面试官： 你在哪里会使用到volatile，举两个例子呢?
1.状态量标记，就如上面对flag的标记，我重新提一下：
int a = 0; volatile bool flag = false; public void write() { a = 2; //1 flag = true; //2 } public void multiply() { if (flag) { //3 int ret = a * a;//4 } } |
这种对变量的读写操作，标记为volatile可以保证修改对线程立刻可见。比synchronized,Lock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)
class Singleton{ private volatile static Singleton instance = null; private Singleton() { } public static Singleton getInstance() { if(instance==null) { synchronized (Singleton.class) { if(instance==null) instance = new Singleton(); } } return instance; } } |
这是一种懒汉的单例模式，使用时才创建对象，而且为了避免初始化操作的指令重排序，给instance加上了volatile。
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