【面试普通人VS高手系列】volatile关键字有什么用？它的实现原理是什么？

一个工作了6年的Java程序员，在阿里二面，被问到“volatile”关键字。

然后，就没有然后了…

同样，另外一个去美团面试的工作4年的小伙伴，也被“volatile关键字“。

然后，也没有然后了…

这个问题说实话，是有点偏底层，但也的确是并发编程里面比较重要的一个关键字。

下面，我们来看看普通人和高手对于这个问题的回答吧。

普通人：

嗯… volatile可以保证可见性。

高手：

volatile关键字有两个作用。

1. 可以保证在多线程环境下共享变量的可见性。
2. 通过增加内存屏障防止多个指令之间的重排序。

我理解的可见性，是指当某一个线程对共享变量的修改，其他线程可以立刻看到修改之后的值。

其实这个可见性问题，我认为本质上是由几个方面造成的。

1. CPU层面的高速缓存，在CPU里面设计了三级缓存去解决CPU运算效率和内存IO效率问题，但是带来的就是缓存的一致性问题，而在多线程并行执行的情况下，缓存一致性就会导致可见性问题。

   

   所以，对于增加了volatile关键字修饰的共享变量，JVM虚拟机会自动增加一个#Lock汇编指令，这个指令会根据CPU型号自动添加总线锁或/缓存锁

   我简单说一下这两种锁，

   • 总线锁是锁定了CPU的前端总线，从而导致在同一时刻只能有一个线程去和内存通信，这样就避免了多线程并发造成的可见性。
   • 缓存锁是对总线锁的优化，因为总线锁导致了CPU的使用效率大幅度下降，所以缓存锁只针对CPU三级缓存中的目标数据加锁，缓存锁是使用MESI缓存一致性来实现的。

2. 指令重排序，所谓重排序，就是指令的编写顺序和执行顺序不一致，在多线程环境下导致可见性问题。指令重排序本质上是一种性能优化的手段，它来自于几个方面。

   • CPU层面，针对MESI协议的更进一步优化去提升CPU的利用率，引入了StoreBuffer机制，而这一种优化机制会导致CPU的乱序执行。当然为了避免这样的问题，CPU提供了内存屏障指令，上层应用可以在合适的地方插入内存屏障来避免CPU指令重排序问题。
   • 编译器的优化，编译器在编译的过程中，在不改变单线程语义和程序正确性的前提下，对指令进行合理的重排序优化来提升性能。

   所以，如果对共享变量增加了volatile关键字，那么在编译器层面，就不会去触发编译器优化，同时再JVM里面，会插入内存屏障指令来避免重排序问题。

当然，除了volatile以外，从JDK5开始，JMM就使用了一种Happens-Before模型去描述多线程之间的内存可见性问题。

如果两个操作之间具备Happens-Before关系，那么意味着这两个操作具备可见性关系，不需要再额外去考虑增加volatile关键字来提供可见性保障。

以上就是我对这个问题的理解。

总结

在我看来，并发编程是每个程序员必须要掌握好的领域，它里面涵盖的设计思想、和并发问题的解决思路、以及作为一个并发工具，都是非常值得深度研究的。

我推荐大家去读一下《Java并发编程深度解析与原理实战》这本书，对Java并发这块的内容描述得很清晰。

好的，本期的普通人VS高手面试系列就到这里结束了，喜欢的朋友记得点赞和收藏。

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