volatile 整理

一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变,这样,编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是,优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值,而不是使用保存在寄存器里的备份 。
volatile关键字是一种类型修饰符,用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改,比如:操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量,编译器对访问该变量的代码就不再进行优化,从而可以提供对特殊地址的稳定访问。
使用该关键字的例子如下:
 
 int volatile nVint;

  >>>>当要求使用volatile 声明的变量的值的时候,系统总是重新从它所在的内存读取数据,即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。
  例如:
  
volatile int i=10;
  int a = i;
  ...  //其他代码,并未明确告诉编译器,对i进行过操作
  int b = i;

  >>>>volatile 指出 i是随时可能发生变化的,每次使用它的时候必须从i的地址中读取,因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。而优化做法是,由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作,它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样以来,如果i是一个寄存器变量或者表示一个端口数据就容易出错,所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。
 在Java中设置变量值的操作,除了long和double类型的变量外都是原子操作,也就是说,对于变量值的简单读写操作没有必要进行同步。这在JVM 1.2之前,Java的内存模型实现总是从主存读取变量,是不需要进行特别的注意的。而随着JVM的成熟和优化,现在在多线程环境下volatile关键字的使用变得非常重要。
 在当前的Java内存模型下,线程可以把变量保存在本地内存(比如机器的寄存器)中,而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值,而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝,造成数据的不一致。要解决这个问题,只需把该变量声明为volatile(不稳定的)即可,这就指示JVM,这个变量是不稳定的,每次使用它都到主存中进行读取。一般说来,[color=red]多任务环境下各任务间共享的标志都应该加volatile修饰[/color]。Volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时,都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且,当成员变量发生变化时,强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻,两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。
 Java语言规范中指出:[color=red]为了获得最佳速度,允许线程保存共享成员变量的私有拷贝,而且只当线程进入或者离开同步代码块时才与共享成员变量的原始值对比。[/color]
 这样当多个线程同时与某个对象交互时,就必须要注意到要让线程及时的得到共享成员变量的变化。而volatile关键字就是提示VM:对于这个成员变量不能保存它的私有拷贝,而应直接与共享成员变量交互。
  使用建议:[color=red]在两个或者更多的线程访问的成员变量上使用volatile。当要访问的变量已在synchronized代码块中,或者为常量时,不必使用。  由于使用volatile屏蔽掉了VM中必要的代码优化,所以在效率上比较低,因此一定在必要时才使用此关键字。 [/color]
<think>好的,我现在需要详细解释Java中的volatile关键字,并整理常见的面试问题。首先,我需要回顾volatile的基本概念、作用以及使用场景。 根据引用[1]和引用[3],volatile关键字保证变量的可见性,但不保证原子性。例如,volatile变量的写操作会立即刷新到主内存,其他线程读取时能获取最新值。但像inc++这样的复合操作,即使变量是volatile的,多线程下仍可能出错,因为自增操作包含读取、修改、写入三个步骤,可能被线程切换打断。 接下来是volatile的内存语义。根据引用[2],Java的happens-before原则中,volatile变量的写操作先于后续的读操作。这涉及到内存屏障,防止指令重排序,保证有序性。需要解释volatile如何禁止重排序,例如单例模式中的双重检查锁定。 然后要区分volatile和synchronized。volatile不保证原子性,而synchronized可以。适用场景方面,volatile适合状态标志或单次操作,如关闭线程的标志位。而需要原子性操作时,需用锁或原子类。 常见面试问题可能包括: 1. volatile的作用? 2. volatile能否保证原子性? 3. volatile和synchronized的区别? 4. 适用场景举例? 5. 内存屏障的作用? 6. 双重检查锁定问题? 7. volatile变量的性能影响? 需要结合例子说明,比如引用中的自增操作,以及正确使用volatile的场景。同时,注意引用中的happens-before原则,说明volatile如何确保可见性和有序性。 可能还需要提到volatile的底层实现,比如通过插入内存屏障指令,但这部分如果记不太清,需要确认资料。此外,可以指出在哪些情况下volatile足够,哪些情况下需要更强的同步机制。 最后,整理问题时要覆盖这些点,确保答案结构清晰,引用正确来源。注意回答要符合用户需求,即准备面试,所以重点放在常见问题和实际例子上。</think>### Java中volatile关键字详解 #### 一、volatile的作用 1. **可见性** volatile修饰的变量对所有线程立即可见。当一个线程修改了volatile变量,新值会立即写入主内存,其他线程读取时会强制从主内存重新加载最新值[^3]。 *示例*:若用volatile修饰状态标志`boolean flag`,线程A修改`flag=true`后,线程B能立即感知到变化。 2. **禁止指令重排序(有序性)** volatile通过插入内存屏障(Memory Barrier)禁止编译器和处理器对指令进行重排序优化,确保代码执行顺序与程序顺序一致[^2]。 *应用场景*:单例模式的双重检查锁定(Double-Checked Locking)中,需用volatile修饰实例变量以防止初始化时对象引用未完全构造就被使用。 --- #### 二、volatile的局限性 1. **不保证原子性** volatile无法保证复合操作(如`i++`)的原子性。例如以下代码在多线程下仍会导致计数错误: ```java public class Counter { private volatile int count = 0; public void increment() { count++; // 实际包含read-modify-write三步操作 } } ``` 此时需改用`synchronized`或`AtomicInteger`[^1][^3]。 --- #### 三、volatile vs synchronized | 特性 | volatile | synchronized | |--------------------|------------------------------|------------------------| | **原子性** | ❌ | ✔️ | | **可见性** | ✔️ | ✔️ | | **有序性** | ✔️(仅禁止重排序) | ✔️(通过锁保证顺序) | | **适用场景** | 单次读写、状态标志 | 复合操作、临界区 | --- #### 四、volatile的适用场景 1. **状态标志** 例如线程循环检测`volatile boolean shutdown`以安全终止线程。 ```java volatile boolean shutdown = false; public void run() { while (!shutdown) { // 执行任务 } } ``` 2. **单次发布(单例模式)** 通过双重检查锁定确保单例的线程安全: ```java 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; } } ``` --- #### 五、面试常见问题 1. **volatile如何保证可见性?** 答:通过强制将修改后的值立即写入主内存,并让其他线程的缓存失效,需重新从主内存读取。 2. **volatile变量和普通变量有何区别?** 答:普通变量可能被线程缓存,导致不同步;volatile变量每次读写直接操作主内存,且禁止重排序[^3]。 3. **双重检查锁定为何需要volatile?** 答:防止对象初始化时发生指令重排序,导致其他线程获取未完全初始化的实例。 4. **volatile能否替代synchronized?** 答:不能。volatile仅适用于单次读写,复合操作仍需锁或原子类[^1]。 5. **volatile的性能影响?** 答:由于禁止重排序和强制内存访问,volatile的读写略慢于普通变量,但优于锁竞争。 ---
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