【面试】Volatile常见面试题

一、为什么有Volatile？

• 类似：了解过JMM内存模型吗？
  
  多线程环境下，一个共享变量可能存在于多个位置，如主内存、多个本地内存，可能带来数据不一致的问题。不一致有两方面原因，可见性和有序性。

• 可见性
  一个线程对主内存数据进行了修改，而另外一个线程不知道，导致共享变量值不一样。

• 有序性
  多线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，变量无法保证一致性。

……处理器指令间的数据依赖性……

二、Volatile是什么？

1、volatile的作用是什么?

类似：什么是内存可见性？能否举例说明？什么又是重排序呢？能举例说明吗？

• 可见性
  当一个线程改完一个共享变量会立刻刷新到主内存，并强制清空该变量的缓存数据，必须从主内存重新读取最新数据。
• 有序性
  禁止指令重排序，在一定程度上保证有序性。

volatile关键字禁止指令重排序有两层意思：
1）当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经进行，且结果已经对后面的操作可见；在其后面的操作肯定还没有进行；
2）在进行指令优化时，不能将在对volatile变量的读操作或者写操作的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。

追问1：volatile能保证原子性吗？为什么？

• 类似：i++为什么不能保证原子性?

不能完全保证，只能保证单次的读/写操作具有原子性。比如，i++，这是是一个复合操作：

• 读取 i 值；
• 对 i 加 1；
• 将 i 值写回内存。

volatile无法保证这三个操作有原子性。

// 通过AtomicInteger或Synchronized来保证+1操作的原子性。

public class P0Test {
    private volatile  int value;  //将value变量声明成volatile类型
    public  void increment(){ //synchronized
        i++;
        System.out.println(i);
    }
    public static void main(String[] args) {
        final P0Test volatileTest1 = new P0Test();
        for(int i = 0; i < 100; i ++){
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    volatileTest1.increment();
                }
            }).start();
        }
    }
}

2、说下volatile的应用场景?

一次读一次写。

1. 运算结果不依赖变量的当前值。

--》不能是自增量（如x++）

2. 变量不需要与其他的转态变量共同参与不变的约束。

--》不变的约束即为条件表达式（start < end），若表达式使用了两个及以上变量（不管是否是volatile变量）就无法保证正确性，即不变式会失效。

如：一写多读。

追问1：Volatile是否用得越多越好？

不是，可能导致总线风暴。 由于Volatile的MESI缓存一致性协议，需、要不断从主内存嗅探和CAS循环，无效交互会导致总线带宽达到峰值，所以不要大量使用Volatile。

3、之前32位机器上共享的long和double变量的为什么要用volatile? 现在64位机器上是否也要设置呢?

因为long和double操作可分为高32位和低32位两部分，因此普通long或double类型读/写可能不是原子。因此，家将共享long和double变量设置为volatile类型能保证任何情况下单次读/写操作的原子性。

4、happens-before等？

……

三、Volatile怎么实现的？

类似：底层原理是怎么实现的吗？怎么保证有序性的？volatile如何实现可见性？volatile如何实现有序性?

1、可见性
volatile变量修饰会出现Lock前缀指令，在多核处理器中会引发两件事：

• 将当前处理器缓存行数据写回到系统内存
• 然后使其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效

2、有序性
Lock前缀指令相当于一个内存屏障/栅栏，让volatile上面、volatile修饰变量、volatile下面的执行顺序保持相对不变。

四、Volatile延申？

1、synchronized和Volatile区别是什么?

• volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取；synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
• volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法和类级别的；
• volatile仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性；
• volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。
• volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。

2、……

JVM的底层操作、字节码的操作、单例
为什么 AtomicInteger 可以保证原子性，怎么实现？

……

五、参考

• 自己整理
  1、【面试】Volatile详解

• 面试
  1、面试官没想到一个Volatile，我都能跟他扯半小时
  2、关键字: volatile详解
  3、Java面试官最爱问的volatile关键字

• 主要内容
  1、Java多线程volatile详解
  2、Java 之 volatile 详解

• 代码示例
  1、详解java中的并发关键字volatile

• Geek
  1、33 | 并发中的编译技术（一）：如何从语言层面支持线程？
  2、加餐 | 什么是数据的强、弱一致性？