volatile 是 Java 并发编程的重要组成部分,也是常见的面试题之一,它的主要作用有两个:保证内存的可见性和禁止指令重排序。下面我们具体来看这两个功能。

内存可见性

说到内存可见性问题就不得不提 Java 内存模型,Java 内存模型(Java Memory Model)简称为 JMM,主要是用来屏蔽不同硬件和操作系统的内存访问差异的,因为在不同的硬件和不同的操作系统下,内存的访问是有一定的差异得,这种差异会导致相同的代码在不同的硬件和不同的操作系统下有着不一样的行为,而 Java 内存模型就是解决这个差异,统一相同代码在不同硬件和不同操作系统下的差异的。

Java 内存模型规定:所有的变量(实例变量和静态变量)都必须存储在主内存中,每个线程也会有自己的工作内存,线程的工作内存保存了该线程用到的变量和主内存的副本拷贝,线程对变量的操作都在工作内存中进行。线程不能直接读写主内存中的变量,如下图所示:



然而,Java 内存模型会带来一个新的问题,那就是内存可见性问题,也就是当某个线程修改了主内存中共享变量的值之后,其他线程不能感知到此值被修改了,它会一直使用自己工作内存中的“旧值”,这样程序的执行结果就不符合我们的预期了,这就是内存可见性问题,我们用以下代码来演示一下这个问题:

private static boolean flag = false;
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (!flag) { }
System.out.println("终止执行");
}
});
t1.start();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("设置 flag=true");
flag = true;
}
});
t2.start();
}

以上代码我们预期的结果是,在线程 1 执行了 1s 之后,线程 2 将 flag 变量修改为 true,之后线程 1 终止执行,然而,因为线程 1 感知不到 flag 变量发生了修改,也就是内存可见性问题,所以会导致线程 1 会永远的执行下去,最终我们看到的结果是这样的:



如何解决以上问题呢?只需要给变量 flag 加上 volatile 修饰即可,具体的实现代码如下:

private volatile static boolean flag = false;
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (!flag) { }
System.out.println("终止执行");
}
});
t1.start();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("设置 flag=true");
flag = true;
}
});
t2.start();
}

以上程序的执行结果如下图所示:

禁止指令重排序

指令重排序是指编译器或 CPU 为了优化程序的执行性能,而对指令进行重新排序的一种手段。

指令重排序的实现初衷是好的,但是在多线程执行中,如果执行了指令重排序可能会导致程序执行出错。指令重排序最典型的一个问题就发生在单例模式中,比如以下问题代码:

public class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton instance = null;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // ①
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(); // ②
}
}
}
return instance;
}
}

以上问题发生在代码 ② 这一行“instance = new Singleton();”,这行代码看似只是一个创建对象的过程,然而它的实际执行却分为以下 3 步:

  1. 创建内存空间。
  2. 在内存空间中初始化对象 Singleton。
  3. 将内存地址赋值给 instance 对象(执行了此步骤,instance 就不等于 null 了)。

如果此变量不加 volatile,那么线程 1 在执行到上述代码的第 ② 处时就可能会执行指令重排序,将原本是 1、2、3 的执行顺序,重排为 1、3、2。但是特殊情况下,线程 1 在执行完第 3 步之后,如果来了线程 2 执行到上述代码的第 ① 处,判断 instance 对象已经不为 null,但此时线程 1 还未将对象实例化完,那么线程 2 将会得到一个被实例化“一半”的对象,从而导致程序执行出错,这就是为什么要给私有变量添加 volatile 的原因了。

要使以上单例模式变为线程安全的程序,需要给 instance 变量添加 volatile 修饰,它的最终实现代码如下:

public class Singleton {
private Singleton() {}
// 使用 volatile 禁止指令重排序
private static volatile Singleton instance = null; // 【主要是此行代码发生了变化】
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // ①
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(); // ②
}
}
}
return instance;
}
}

总结

volatile 是 Java 并发编程的重要组成部分,它的主要作用有两个:保证内存的可见性和禁止指令重排序。volatile 常使用在一写多读的场景中,比如 CopyOnWriteArrayList 集合,它在操作的时候会把全部数据复制出来对写操作加锁,修改完之后再使用 setArray 方法把此数组赋值为更新后的值,使用 volatile 可以使读线程很快的告知到数组被修改,不会进行指令重排,操作完成后就可以对其他线程可见了。

是非审之于己,毁誉听之于人,得失安之于数。

公众号:Java面试真题解析

面试合集:https://gitee.com/mydb/interview

面试突击44:volatile 有什么用?的更多相关文章

  1. 《【面试突击】— Redis篇》--Redis都有哪些数据类型?分别在哪些场景下使用比较合适?

    能坚持别人不能坚持的,才能拥有别人不能拥有的.关注编程大道公众号,让我们一同坚持心中所想,一起成长!! <[面试突击]— Redis篇>--Redis都有哪些数据类型?分别在哪些场景下使用 ...

  2. 《【面试突击】— Redis篇》-- Redis的线程模型了解吗?为啥单线程效率还这么高?

    能坚持别人不能坚持的,才能拥有别人未曾拥有的.关注编程大道公众号,让我们一同坚持心中所想,一起成长!! <[面试突击]— Redis篇>-- Redis的线程模型了解吗?为啥单线程效率还这 ...

  3. 《【面试突击】— Redis篇》-- Redis的主从复制?哨兵机制?

    能坚持别人不能坚持的,才能拥有别人未曾拥有的.关注左上角编程大道公众号,让我们一同坚持心中所想,一起成长!! <[面试突击]— Redis篇>-- Redis的主从复制?哨兵机制? 在这个 ...

  4. 《【面试突击】— Redis篇》-- Redis哨兵原理及持久化机制

    能坚持别人不能坚持的,才能拥有别人未曾拥有的.关注编程大道公众号,让我们一同坚持心中所想,一起成长!! <[面试突击]— Redis篇>-- Redis哨兵原理及持久化机制 在这个系列里, ...

  5. 《【面试突击】— Redis篇》--Redis Cluster及缓存使用和架构设计的常见问题

    能坚持别人不能坚持的,才能拥有别人未曾拥有的.关注编程大道公众号,让我们一同坚持心中所想,一起成长!! <[面试突击]— Redis篇>--Redis Cluster及缓存使用和架构设计的 ...

  6. 面试中的volatile关键字

    在Java的面试当中,面试官最爱问的就是volatile关键字相关的内容.经过多次面试之后,你是否思考过,为什么他们那么爱问volatile关键字相关的问题?而对于你,如果作为面试官,是否也会考虑采用 ...

  7. 面试官:volatile关键字用过吧?说一下作用和实现吧

    volatile    可见性的本质类似于CPU的缓存一致性问题,线程内部的副本类似于告诉缓存区 面试官:volatile关键字用过吧?说一下作用和实现吧 https://blog.csdn.net/ ...

  8. 面试突击51:为什么单例一定要加 volatile?

    单例模式的实现方法有很多种,如饿汉模式.懒汉模式.静态内部类和枚举等,当面试官问到"为什么单例模式一定要加 volatile?"时,那么他指的是为什么懒汉模式中的私有变量要加 vo ...

  9. Oracle DBA面试突击题

    一份ORACLE DBA面试题 一:SQL tuning 类 1:列举几种表连接方式 答: Oracle的多表连接算法有Nest Loop.Sort Merge和Hash Join三大类,每一类又可以 ...

随机推荐

  1. 什么是bean装配?

    装配,或bean 装配是指在Spring 容器中把bean组装到一起,前提是容器需要知道bean的依赖关系,如何通过依赖注入来把它们装配到一起.

  2. 什么是 CAS?

    CAS 是 compare and swap 的缩写,即我们所说的比较交换. cas 是一种基于锁的操作,而且是乐观锁.在 java 中锁分为乐观锁和悲观锁.悲观锁是将资源锁住,等一个之前获得锁的线程 ...

  3. java-設計模式-單例模式

    單例模式 一种创建型设计模式, 让你能够保证一个类只有一个实例, 并提供一个访问该实例的全局节点. 一个类只有一个实例,且该类能自行创建这个实例的一种模式. 簡單的對比就是: 例如,Windows 中 ...

  4. 面试问题之计算机网络:简述TCP和UDP的区别以及优缺点

    转载于:https://blog.csdn.net/liulin1207/article/details/80960964 一.TCP: TCP是面向连接的通讯协议,通过三次握手建立连接,通讯完成时四 ...

  5. 说说finally和final的区别

    final用于声明属性,方法和类,分别表示属性不可变,方法不可覆盖,类不可继承.内部类要访问局部变量,局部变量必须定义成final类型.       finally是异常处理语句结构的一部分,表示总是 ...

  6. pygame.error: video system not initialized

    在pygame写游戏出现pygame.error: video system not initialized 源代码 import sysimport pygamedef run_game(): py ...

  7. Java基础学习之“二维数组”

    一.鄙人对二维数组的理解 二维数组就是由多个数组并列而成 二.举例 1.普通数组(一维数组)的图像格式 2.二维数组的图像格式 代码 1 @Test 2 public void xueXi(){ 3 ...

  8. ffmpeg将视频生成gif

    1.安装ffmpeg 2.cmd中输入 ffmpeg -i 0.mp4 -f gif 0.gif 即可将视频转为gif

  9. vue多个数据不一样的表格导出到同一张excel里面

    刚来公司第二天, 甩了个需求, 把两个不同表格的数据 导出到同一个excel中 ........额,好吧 你要说,两个表格数据差不多, 直接合并数据导出就行: async function getDa ...

  10. <wx-open-launch-weapp>详解

    demo图, h5跳转小程序 <!DOCTYPE html> <html> <head> <meta charset="utf-8"> ...