神秘的volatile关键字

前言
volatile关键字是面试中常问的知识点，包括三点：可见性、有序性、非原子性。接下来就说一下这三点。

JMM（Java Memory Model - Java内存模型）

• 每个 Java 线程都有⾃⼰的⼯作内存。操作数据，⾸先从主内存中读，得到⼀份拷⻉，操作完毕后再写回主内存

• JMM可能带来可⻅性、原⼦性和有序性问题

  • 可⻅性：是指某个线程对主内存内容的修改，应该⽴刻通知其它线程
  • 有序性：是指指令是有序的，不会被重排
  • 原⼦性：是指⼀个操作是不可分割的，完整性，也即某个线程正在做某个具体业务时，中间不可以被加塞或者被分割。需要
    整体完整，要么同时成功，要么同时失败，不能执⾏⼀半就不执⾏

volatile 关键字

• 它是 Java 提供的⼀种轻量级同步机制，能保证可⻅性和有序性，但是不能保证原⼦性

volatile 可见性

可见性图一

• 发现在 38 行代码处更新了数据值，但 45 行的 while 循环还是一直在运行，无法执行 49 行代码的打印。程序真的一直在 while 的循环里一直执行吗？那就在循环里加个打印吧，如下图

可见性图二

• 此时发现程序竟然停止了，没有一直在循环里，而且值也更新成功了。那是为什么呢？其实是因为打印语句 System.out.println 里有 synchronized 关键字修饰，也是触发可见性方法之一，如下图

可见性图三

• 那么不加打印如何解决这个问题呢？答案就是给类变量 num 加上 volatile 关键字。如下图

可见性图四

volatile 有序性

• 计算机在执⾏程序时，为了提⾼性能，编译器和处理器常常会对指令做重排，⼀般分以下三种

  • 单线程环境⾥⾯确保程序最终执⾏结果和代码顺序执⾏的结果⼀致
  • 处理器在进⾏重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性
  • 多线程环境中线程交替执⾏，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使⽤的变量能否保证⼀致性是⽆法确定的，结果⽆法预测

• 如图方法 test 中的 a、b 变量毫无关联，则编译器和处理器可能会先执行 b 变量的赋值，而不是一定按顺序从上往下执行

有序性

volatile 非原子性

非原子性图一

• 就算加上了 volatile 关键字，也无法保证结果就是预想中的值。这是因为 num++ 操作会形成 4 条指令。如下图

不能保证原子性图二

• 要想保证数据正确性，可使用 JUC 提供的 int 原子封装类 AtomicInteger 来进行自增，如下图

原子性

volatile 使用场景

• 单例模式

单例模式

• new SingletonDemo 可能会发生指令重排，所以加上 volatile 关键字修饰 instance 实例。如下图

指令重排

结语
这就是 volatile 关键字面试中常问的知识点，希望对您有帮助。