volatile——面试中你有遇到过吗？
你好，我是吴计可师，一个工作十多年的后端开发，曾就职京东、阿里等多家互联网头部企业。
文章可能会比较长，主要解析的非常详解，或涉及一些底层知识，供面试高阶难度用。可以根据自己实际理解情况合理取舍阅读
volatile 是 Java 中的一个关键字，用来修饰变量，保证线程间的可见性和一定的有序性。
可见性：一个线程修改了 volatile 变量的值，新值对其他线程立即可见。
禁止指令重排序：对 volatile 变量的读写操作不能被重排序。
不保证原子性：volatile 仅保证读写的可见性，不保证复合操作（如 i++）的原子性。
内存可见性原理
volatile 的实现主要依赖于 CPU 的 缓存一致性协议（MESI） 和 Java 内存模型（JMM）的实现。其核心机制如下：
当一个线程对 volatile 变量进行写操作时，CPU 会将该变量所在的缓存行标记为无效，从而强制其他线程从主内存重新读取变量值。
内存屏障：编译器会在 volatile 变量的读写操作前后插入特定的指令，用来限制指令重排序并实现内存可见性。
内存屏障
Java 编译器会在 volatile 变量的操作前后插入以下两种内存屏障：
Store屏障（写屏障）：用于确保在写入 volatile 变量之前，所有的普通写操作都已经同步到主内存中。
Load屏障（读屏障）：用于确保在读取 volatile 变量之后，所有的普通读操作都从主内存中获取最新值。
volatile int a = 1;a = 2;
编译器会生成：
写屏障：确保之前的写操作完成后再更新 a 的值。
将 a = 2 的值刷新到主内存。
读操作示例：
int b = a;编译器会生成：读屏障：确保在读取 a 之前重新从主内存中加载。
CPU 指令的支持
在底层，volatile 的实现通常通过以下机制：
强制当前 CPU 缓存行写入主内存。
使其他 CPU 的缓存行无效，确保数据一致性。
lock addl $0x0, (%esp)此指令会强制执行内存屏障，防止指令重排序，并刷新主存数据。
volatile 并不保证操作的原子性。例如：
volatile int count = 0;public void increment() {count++; // 不是线程安全的}
count++ 实际上由三步组成：
读取 count 的值。
对值加 1。
将结果写回到 count。
由于 volatile 不保证这三步的原子性，可能会出现多个线程竞争导致最终结果不正确。为此，需要使用原子类或同步机制（如 AtomicInteger 或 synchronized）。
状态标志：
volatile boolean stop = false;多线程通过共享变量控制任务的停止。
单例模式的双重检查锁（DCL）：
public class Singleton {private static volatile Singleton instance;public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}}
volatile 确保实例的初始化过程对所有线程可见，并防止指令重排序。
5.1 volatile 和 synchronized 的区别是什么？
| 特性 | volatile | synchronized |
|---|---|---|
| 功能 | 保证变量的可见性、有序性 | 保证代码块的原子性和可见性 |
| 性能 | 较轻量，开销低 | 比较重，涉及线程的上下文切换 |
| 适用场景 | 单变量的读写 | 多线程协作的复杂场景 |
| 阻塞 | 非阻塞 | 阻塞 |
5.2 为什么 volatile 不能代替 synchronized？
volatile 不能替代 synchronized 的主要原因：
volatile 不保证复合操作（如 i++）的原子性。
volatile 无法同步复杂逻辑（如代码块中的多变量操作）。
volatile 仅用于标识简单的状态标志或变量共享，而 synchronized 可以保护一段代码块的线程安全。
5.3 单例模式中为什么要用 volatile？
在单例模式的双重检查锁（DCL）中，需要用 volatile 修饰单例实例变量，避免因指令重排序导致其他线程访问到尚未完全初始化的实例。
public class Singleton {private static volatile Singleton instance;public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton(); // 非原子操作}}}return instance;}}
实例化对象的过程：
分配内存。
初始化对象。
将内存地址赋值给变量。
由于指令重排序，可能导致第 3 步在第 2 步之前完成，从而使其他线程访问到尚未初始化的对象。
5.4 如何实现一个停止线程的安全方式？
使用 volatile 变量作为标志位，保证线程之间的可见性：
class StopThread implements Runnable {private volatile boolean stop = false;public void run() {while (!stop) {// 执行业务逻辑}}public void stop() {stop = true;}}
volatile 确保 stop 的修改对其他线程可见，安全地终止线程。
5.5 使用 volatile 的最佳场景是什么？
状态标志：如停止线程的标志。
单例模式的双重检查锁。
轻量级的读多写少场景。
5.6 什么是 volatile 的内存语义？
写 volatile 变量时：
线程会将该变量值刷新到主内存。
之前的写操作对其他线程可见。
读 volatile 变量时：
线程会从主内存读取最新值。
后续的读操作能够看到最新值。
内存屏障在底层通过 lock 指令 实现，防止 CPU 指令重排序。
5.7 如何验证 volatile 是否禁止指令重排序？
通过代码示例验证指令重排序是否被禁止：
class Test {private volatile boolean flag = false;private int value = 0;public void writer() {value = 42; // 1flag = true; // 2}public void reader() {if (flag) { // 3System.out.println(value); // 一定是 42}}}
因为 flag 是 volatile 修饰，语义上保证 1 的操作一定先于 2。在 reader 中如果看到 flag 为 true，则一定能读取到最新的 value。
今天的内容就分享到这儿，喜欢的朋友可以关注，点赞。有什么不足的地方欢迎留言指出，您的关注是我前进的动力！