前言
在Java相关的岗位面试中，很多面试官都喜欢考察面试者对Java并发的了解程度，而以volatile关键字作为一个小的切入点，往往可以一问到底，把Java内存模型（ JMM），Java并发编程的一些特性都牵扯出来，深入地话还可以考察 JVM底层实现以及操作系统的相关知识。下面我们以一次假想的面试过程，来深入了解下volitile关键字！
就我理解的而言，被 volatile修饰的共享变量，具有了以下两点特性：
- 保证了不同线程对该变量操作的内存可见性;
- 禁止指令重排序
在Java保证多线程运行安全，主要就是围绕着如何在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这3个特征来建立的，通过解决这三个问题，可以解除缓存不一致的问题。
- 原子性：提供互斥访问，同一时刻只能有一个线程对数据进行操作；
- 可见性：一个线程对主内存的修改可以及时地被其他线程看到；
- 有序性：线程执行代码的顺序是按照指令的先后顺序执行的。
而 volatile跟可见性和有序性都有关。
注意：volatile关键字无法保证原子性。
- 原子性（Atomicity）
原子性指的是一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断的特性
Java 并发程序都是基于多线程的，操作系统为了充分利用CPU的资源，将CPU分成若干个时间片，在多线程环境下，线程会被操作系统调度进行任务切换。
为了直观的了解什么是原子性，我们看下下面哪些操作是原子性操作
int count = 0; //1 count++; //2 int i = count; //3上面展示语句中，除了语句1是原子操作，其它两个语句都不是原子性操作，下面我们来分析一下语句2
其实语句2在执行的时候，包含三个指令操作
- 指令 1：首先，需要把变量 count 从内存加载到 CPU的寄存器
- 指令 2：之后，在寄存器中执行 +1 操作；
- 指令 3：最后，将结果写入内存
对于上面的三条指令来说，如果线程 A 在指令 1 执行完后做线程切换，线程 A 和线程 B 按照下图的序列执行，那么我们会发现两个线程都执行了 count+=1 的操作，但是得到的结果不是我们期望的 2，而是 1。
操作系统做任务切换，可能发生在任何一条CPU 指令执行完时
- 有序性（Ordering）
有序性指的是程序按照代码的先后顺序执行
为了性能优化，编译器和处理器会进行指令重排序，有时候会改变程序中语句的先后顺序，比如程序：
a = 5; //1 b = 20; //2 c = a + b; //3编译器优化后可能变成：
b = 20; //1 a = 5; //2 c = a + b; //3在这个例子中，编译器调整了语句的顺序，但是不影响程序的最终结果
synchronized（具有有序性、原子性、可见性）表示锁在同一时刻只能由一个线程进行获取，当锁被占用后，其他线程只能等待。在单例模式的实现上有一种双重检验锁的方式
public class Singleton { private static volatile Singleton uniqueSingleton; private Singleton() {} public static Singleton getUniqueSingleton(){ //先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码 if (uniqueSingleton == null){ //对Singleton对象加锁 synchronized (Singleton.class){ if (uniqueSingleton ==null){ uniqueSingleton = new Singleton(); } } } return uniqueSingleton; } }我们先看
instance=newSingleton()的未被编译器优化的操作
- 指令 1：分配一块内存 M；
- 指令 2：在内存 M 上初始化
Singleton对象；- 指令 3：然后 M 的地址赋值给
instance变量。编译器优化后的操作指令
- 指令 1：分配一块内存 M；
- 指令 2：将 M 的地址赋值给
instance变量；- 指令 3：然后在内存 M 上初始化
Singleton对象。现在有A，B两个线程，我们假设线程A先执行
getInstance()方法，当执行编译器优化后的操作指令2时（此时候未完成对象的初始化），这时候发生了线程切换，那么线程B进入，刚好执行到第一次判断instance==null会发现instance不等于null了，所以直接返回instance，而此时的instance是没有初始化过的。
- 可见性（Visibility）
可见性指的是当一个线程修改了共享变量后，其他线程能够立即感知修改后的值。
首先我们来看一下Java内存模型（JMM）
- 我们定义的所有变量都储存在主内存中
- 每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程使用到的变量的副本（主内存中该变量的一份拷贝）
- 线程对共享变量所有的操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主内存中读写（不能越级）
- 不同线程之间也无法直接访问其他线程的工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来进行。（同级不能相互访问）
共享变量可见性的实现原理：
线程1对共享变量的修改要被线程2及时看到的话，要经过如下步骤：
- 线程1把工作内存1中更新的变量值刷新到主内存
- 线程2把主内存中的变量的值更新到工作内存2中
-
状态量标记，比在COW机制中
volatile Object[] array、AQS中的volatile int state变量；这种对变量的读写操作，标记为volatile可以保证修改对线程立刻可见。比synchronized,Lock有一定的效率提升。 -
双重校验锁实现单例模式
public class Singleton {
private static volatile Singleton uniqueSingleton;
private Singleton() {}
public static Singleton getUniqueSingleton(){
//先判断对象是否已经实例过，没有实例化过才进入加锁代码
if (uniqueSingleton == null){
//对Singleton对象加锁
synchronized (Singleton.class){
if (uniqueSingleton ==null){
uniqueSingleton = new Singleton();
}
}
}
return uniqueSingleton;
}
}
注意，重点来了： uniqueInstance 采用 volatile关键字修饰也是很有必要。
uniqueInstance 采用 volatile关键字修饰也是很有必要的， uniqueInstance = new Singleton();这段代码其实是分
为三步执行：
- 为
uniqueInstance分配内存空间 - 初始化
uniqueInstance - 将
uniqueInstance指向分配的内存地址
但是由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1->3->2。指令重排在单线程环境下不会出先问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用getUniqueInstance() 后发现uniqueInstance 不为空，因此返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。
这里使用的就是volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
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