面试官：volatile如何保证可见性的，具体如何实现？

写在开头

在之前的几篇博文中，我们都提到了 volatile 关键字，这个单词中文释义为：不稳定的，易挥发的，在Java中代表变量修饰符，用来修饰会被不同线程访问和修改的变量，对于方法，代码块，方法参数，局部变量以及实例常量，类常量多不能进行修饰。

自JDK1.5之后，官网对volatile进行了语义增强，这让它在Java多线程领域越发重要！因此，我们今天就抽一晚上时间，来学一学这个关键字，首先，我们从标题入手，思考这样的一个问题：

volatile如何保证可见性，具体如何实现的？

带着疑问，我们继续往下阅读！

volatile如何保证可见性

volatile保证了不同线程对共享变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了共享变量的值，共享变量修改后的值对其他线程立即可见。

我们先通过之前写的一个小案例来感受一下什么是可见性问题：

【代码示例1】

public class Test {

    //是否停止 变量

    private static boolean stop = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //启动线程 1，当 stop 为 true，结束循环

        new Thread(() -> {

            System.out.println("线程 1 正在运行...");

            while (!stop) ;

            System.out.println("线程 1 终止");

        }).start();

        //休眠 1 秒

        Thread.sleep(1000);

        //启动线程 2， 设置 stop = true

        new Thread(() -> {

            System.out.println("线程 2 正在运行...");

            stop = true;

            System.out.println("设置 stop 变量为 true.");

        }).start();

    }

}

输出：

线程 1 正在运行...

线程 2 正在运行...

设置 stop 变量为 true.

原因：

我们会发现，线程1运行起来后，休眠1秒，启动线程2，可即便线程2把stop设置为true了，线程1仍然没有停止，这个就是因为 CPU 缓存导致的可见性导致的问题。线程 2 设置 stop 变量为 true，线程 1 在 CPU 1上执行，读取的 CPU 1 缓存中的 stop 变量仍然为 false，线程 1 一直在循环执行。

那这个问题怎么解决呢？很好解决！我们排volatile上场可以秒搞定，只需要给stop变量加上volatile修饰符即可！

【代码示例2】

//给stop变量增加volatile修饰符

private static volatile boolean stop = false;

输出：

线程 1 正在运行...

线程 2 正在运行...

设置 stop 变量为 true.

线程 1 终止

从结果中看，线程1成功的读取到了线程而设置为true的stop变量值，解决了可见性问题。那volatile到底是什么让变量在多个线程之间保持可见性的呢？请看下图！

如果我们将变量声明为 volatile ，这就指示 JVM，这个变量是共享且不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取，具体实现可总结为5步。

1️⃣在生成最低成汇编指令时，对volatile修饰的共享变量写操作增加Lock前缀指令，Lock 前缀的指令会引起 CPU 缓存写回内存；
2️⃣CPU 的缓存回写到内存会导致其他 CPU 缓存了该内存地址的数据无效；
3️⃣volatile 变量通过缓存一致性协议保证每个线程获得最新值；
4️⃣缓存一致性协议保证每个 CPU 通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是修改；
5️⃣当 CPU 发现自己缓存行对应的内存地址被修改，会将当前 CPU 的缓存行设置成无效状态，重新从内存中把数据读到 CPU 缓存。

总结

其实volatile关键字不仅仅能解决可见性问题，还可以通过禁止编译器、CPU 指令重排序和部分 happens-before 规则，解决有序性问题，我们放在下一篇聊。

结尾彩蛋

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