volatile关键字原理

volatile是Java并发编程中的重要关键字，用于保证变量的可见性和禁止指令重排序。

核心问题

volatile的作用是什么？

1. 保证可见性：一个线程修改了volatile变量，其他线程能立即看到修改
2. 禁止指令重排序：防止编译器优化导致的指令重排序
3. 不保证原子性：volatile不能保证复合操作的原子性

volatile如何保证可见性？

通过MESI缓存一致性协议实现：

• 当线程修改volatile变量时，会立即将修改写回主内存
• 其他线程的缓存中该变量的缓存行会被标记为无效
• 其他线程需要从主内存重新读取

volatile如何禁止指令重排序？

通过**内存屏障（Memory Barrier）**实现：

• 在volatile写操作前插入StoreStore屏障
• 在volatile写操作后插入StoreLoad屏障
• 在volatile读操作前插入LoadLoad屏障
• 在volatile读操作后插入LoadStore屏障

使用场景

1. 状态标志

private volatile boolean running = true;

public void stop() {
    running = false;
}

public void run() {
    while (running) {
        // 执行任务
    }
}

2. 双重检查锁定（DCL）

private volatile static Singleton instance;

public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

常见面试题

1. volatile和synchronized的区别？

   • volatile只能修饰变量，synchronized可以修饰方法和代码块
   • volatile保证可见性和有序性，synchronized保证可见性、有序性和原子性
   • volatile性能更好，但功能更弱

2. volatile能保证原子性吗？

   • 不能，volatile只能保证单个读/写操作的原子性
   • 对于复合操作（如i++），需要使用synchronized或Atomic类

3. volatile的使用场景？

   • 状态标志
   • 双重检查锁定
   • 单例模式
   • 线程间通信

注意事项

• volatile不能替代synchronized
• 复合操作需要使用锁或原子类
• 过度使用volatile可能影响性能