java面试-谈谈你对volatile的理解
一、volatile特性：
volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制。主要有三大特性：
- 保证可见性
- 不保证原子性
- 禁止指令重排序
1、保证可见性
1）代码演示
AAA线程修改变量number的值为60，main线程获取到的number值是0，就一直循环等待。
原因：int number = 0;number变量之前没有添加volatile关键字，没有可见性。添加volatile关键字，可以解决可见性问题。
public class VolatileDemo {
int number = 0;
public void addTo60() {
this.number = 60;
}
//volatile可以保证可见性，及时通知其他线程，主物理内存的值已经被修改
public static void main(String[] args) {
VolatileDemo volatileDemo = new VolatileDemo();
new Thread(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " come in");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
volatileDemo.addTo60();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " update number value:" + volatileDemo.number);
}, "AAA").start();
//第2个线程是main线程
while (volatileDemo.number == 0) {
//main线程就一直等待循环，直到number的值不等于0
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " mission is over, main thread number value:" + volatileDemo.number);
}
}
2）volatile是如何来保证可见性的呢？
如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令。
- 将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。
- 这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。
2、不保证原子性
1）代码演示
volatile修饰number，进行number++操作，每次执行number的返回结果都不一样
public class VolatileDemo {
volatile int number = 0;
public void increase() {
number++;
}
public static void main(String[] args) {
VolatileDemo volatileDemo = new VolatileDemo();
for (int i = 0; i < 20; i++) {
new Thread(() -> {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
volatileDemo.increase();
}
}).start();
}
// 默认有 main 线程和 gc 线程
while (Thread.activeCount() > 2) {
Thread.yield();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finally number value:" + volatileDemo.number);
}
}
2）volatile为什么不保证原子性？
number++被拆分成3个指令：
getfield 从主内存中拿到原始值
iadd 在线程工作内存中进行加1操作
putfield 把累加后的值写回主内存
如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取number的值，
那么第二个线程就会与第一个线程看到同一个值，并执行相同值的加1操作，这也就造成了线程安全失败。
3）如何解决原子性问题
- CAS机制：AtomicInteger number = AtomicInteger(0)
- 锁机制：synchronized、Lock
3、禁止指令重排序
volatile的写-读与锁的释放-获取有相同的内存效果。
volatile写-读的内存语义：
当写一个volatile变量时，JMM会把线程A对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。
当读一个volatile变量时，JMM会把线程B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。
线程A写一个volatile变量，随后线程B读这个volatile变量，实质上是线程A通过主内存向线程B发送消息。
public class VolatileExample {
int a = 0;
volatile boolean flag = false;
public void writer() {
a = 1;
flag = true;
}
public void reader() {
if (flag) {
System.out.println("resultValue:" + a);
}
}
}
为了实现volatile的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序
volatile写插入内存屏障：
volatile读插入内存屏障：
二、你在哪些地方用到过volatile
1、单例模式(双重检查锁DCL)
以下代码不一定线程安全，原因是有指令重排序的存在，某个线程执行到第一次检测，读取到的instance不为null时，instance的引用对象可能没有完成初始化
因为instance = new SingletonDemo();可以分为以下3步完成(伪代码)
memory = allocate(); //1.分配对象内存空间
instance(memory); //2.初始化对象
instance = memory; //3.设置instance指向刚分配的内存地址，此时instance！=null
步骤2和步骤3间可能会重排序
使用volatile禁止指令重排序，对volatile变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作
public class SignletonDemo {
private static SignletonDemo instance;
private SignletonDemo() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 构造方法SingletonDemo");
}
public static SignletonDemo getInstance() {
//第一次检测
if (instance == null) {
//同步
synchronized (SignletonDemo.class) {
if (instance == null) {
//多线程环境下可能会出现问题的地方
instance = new SignletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
}
2、读写锁手写缓存
3、CAS JUC包中大量使用volatile
