面经手册 · 第14篇《volatile 怎么实现的内存可见？没有 volatile 一定不可见吗？》

作者：小傅哥

博客：https://bugstack.cn

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一、码场心得

你是个能吃苦的人吗？

从前的能吃苦大多指的体力劳动的苦，但现在的能吃苦已经包括太多维度，包括：读书学习&寂寞的苦、深度思考&脑力的苦、自律习惯&修行的苦、自控能力&放弃的苦、低头做人&尊严的苦。

虽然这些苦摆在眼前，但大多数人还是喜欢吃简单的苦。熬夜加班、日复一日、重复昨天、CRUD，最后身体发胖、体质下降、能力不足、自抱自泣！所以有些苦能不吃就不吃，要吃就吃那些有成长价值的苦。

今天你写博客了吗？

如果一件小事能坚持5年以上，那你一定是很了不起的人。是的，很了不起。人最难的就是想清楚了但做不到，或者偶尔做到长期做不到。

其实大多数走在研发路上的伙伴们，都知道自己该努力，但明明下好了的决心就是坚持不了多久。就像你是否也想过要写技术博客，做技术积累。直到有一天被瓶颈限制在困局中才会着急，但这时候在想破局就真的很难了！

二、面试题

谢飞机，小记，飞机趁着周末，吃完火锅。又去约面试官喝茶了！

谢飞机：嗨，我在这，这边，这边。

面试官：你怎么又来了，最近学的不错了？

谢飞机：还是想来大厂，别害羞，面我吧！

面试官：我好像是你补课老师... 既然来了，就问问你吧！volatile 是干啥的？

谢飞机：啊，volatile 是保证变量对所有线程的可见性的。

面试官：那 volatile 可以解决原子性问题吗？

谢飞机：不可以！

面试官：那 volatile 的底层原理是如何实现的呢？

谢飞机：...，这！面试官，刚问两个题就甩雷，你是不家里有事要忙？

面试官：你管我！

三、volatile 讲解

1. 可见性案例

public class ApiTest {

    public static void main(String[] args) {

        final VT vt = new VT();

        Thread Thread01 = new Thread(vt);

        Thread Thread02 = new Thread(new Runnable() {

            public void run() {

                try {

                    Thread.sleep(3000);

                } catch (InterruptedException ignore) {

                }

                vt.sign = true;

                System.out.println("vt.sign = true 通知 while (!sign) 结束！");

            }

        });

        Thread01.start();

        Thread02.start();

    }

}

class VT implements Runnable {

    public boolean sign = false;

    public void run() {

        while (!sign) {

        }

        System.out.println("你坏");

    }

}

这段代码，是两个线程操作一个变量，程序期望当 sign 在线程 Thread01 被操作 vt.sign = true 时，Thread02 输出你坏。

但实际上这段代码永远不会输出你坏，而是一直处于死循环。这是为什么呢？接下来我们就一步步讲解和验证。

2. 加上volatile关键字

我们把 sign 关键字加上 volatitle 描述，如下：

class VT implements Runnable {

    public volatile boolean sign = false;

    public void run() {

        while (!sign) {

        }

        System.out.println("你坏");

    }

}

测试结果

vt.sign = true 通知 while (!sign) 结束！

你坏

Process finished with exit code 0

volatile关键字是Java虚拟机提供的的最轻量级的同步机制，它作为一个修饰符出现，用来修饰变量，但是这里不包括局部变量哦

在添加 volatile 关键字后，程序就符合预期的输出了你坏。从我们对 volatile 的学习认知可以知道。volatile关键字是 JVM 提供的最轻量级的同步机制，用来修饰变量，用来保证变量对所有线程可见性。

正在修饰后可以让字段在线程见可见，那么这个属性被修改值后，可以及时的在另外的线程中做出相应的反应。

3. volatile怎么保证的可见性

3.1 无volatile时，内存变化

首先是当 sign 没有 volatitle 修饰时 public boolean sign = false;，线程01对变量进行操作，线程02并不会拿到变化的值。所以程序也就不会输出结果 “你坏”

3.2 有volatile时，内存变化

当我们把变量使用 volatile 修饰时 public volatile boolean sign = false;，线程01对变量进行操作时，会把变量变化的值强制刷新的到主内存。当线程02获取值时，会把自己的内存里的 sign 值过期掉，之后从主内存中读取。所以添加关键字后程序如预期输出结果。

4. 反编译解毒可见性

类似这样有深度的技术知识，最佳的方式就是深入理解原理，看看它到底做了什么才保证的内存可见性操作。

4.1 查看JVM指令

指令：javap -v -p VT

 public volatile boolean sign;

    descriptor: Z

    flags: ACC_PUBLIC, ACC_VOLATILE

  org.itstack.interview.test.VT();

    descriptor: ()V

    flags:

    Code:

      stack=2, locals=1, args_size=1

         0: aload_0

         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V

         4: aload_0

         5: iconst_0

         6: putfield      #2                  // Field sign:Z

         9: return

      LineNumberTable:

        line 35: 0

        line 37: 4

      LocalVariableTable:

        Start  Length  Slot  Name   Signature

            0      10     0  this   Lorg/itstack/interview/test/VT;

  public void run();

    descriptor: ()V

    flags: ACC_PUBLIC

    Code:

      stack=2, locals=1, args_size=1

         0: aload_0

         1: getfield      #2                  // Field sign:Z

         4: ifne          10

         7: goto          0

        10: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;

        13: ldc           #4                  // String 你坏

        15: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V

        18: return

      LineNumberTable:

        line 40: 0

        line 42: 10

        line 43: 18

      LocalVariableTable:

        Start  Length  Slot  Name   Signature

            0      19     0  this   Lorg/itstack/interview/test/VT;

      StackMapTable: number_of_entries = 2

        frame_type = 0 /* same */

        frame_type = 9 /* same */

}

从JVM指令码中只会发现多了，ACC_VOLATILE，并没有什么其他的点。所以，也不能看出是怎么实现的可见性。

4.2 查看汇编指令

通过Class文件查看汇编，需要下载 hsdis-amd64.dll 文件，复制到 JAVA_HOME\jre\bin\server目录下。下载资源如下：

另外是执行命令，包括：

基础指令：java -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly
指定打印：-XX:CompileCommand=dontinline,类名.方法名
指定打印：-XX:CompileCommand=compileonly,类名.方法名
输出位置：> xxx

最终使用：java -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=dontinline,ApiTest.main -XX:CompileCommand=compileonly,ApiTest.mian

指令可以在IDEA中的 Terminal 里使用，也可以到 DOS黑窗口中使用

另外，为了更简单的使用，我们把指令可以配置到idea的 VM options 里，如下图：

配置完成后，不出意外的运行结果如下：

Loaded disassembler from C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\bin\server\hsdis-amd64.dll

Decoding compiled method 0x0000000003744990:

Code:

Argument 0 is unknown.RIP: 0x3744ae0 Code size: 0x00000110

[Disassembling for mach='amd64']

[Entry Point]

[Constants]

  # {method} {0x000000001c853d18} 'getSnapshotTransformerList' '()[Lsun/instrument/TransformerManager$TransformerInfo;' in 'sun/instrument/TransformerManager'

  #           [sp+0x40]  (sp of caller)

  0x0000000003744ae0: mov     r10d,dword ptr [rdx+8h]

  0x0000000003744ae4: shl     r10,3h

  0x0000000003744ae8: cmp     r10,rax

  0x0000000003744aeb: jne     3685f60h          ;   {runtime_call}

  0x0000000003744af1: nop     word ptr [rax+rax+0h]

  0x0000000003744afc: nop

[Verified Entry Point]

  0x0000000003744b00: mov     dword ptr [rsp+0ffffffffffffa000h],eax

  0x0000000003744b07: push    rbp

  0x0000000003744b08: sub     rsp,30h           ;*aload_0

                                                ; - sun.instrument.TransformerManager::getSnapshotTransformerList@0 (line 166)

  0x0000000003744b0c: mov     eax,dword ptr [rdx+10h]

  0x0000000003744b0f: shl     rax,3h            ;*getfield mTransformerList

                                                ; - sun.instrument.TransformerManager::getSnapshotTransformerList@1 (line 166)

  0x0000000003744b13: add     rsp,30h

...

运行结果就是汇编指令，比较多这里就不都放了。我们只观察