Java面试题：谈谈Java volatile关键字的用法及原理？

得分点：

特性、内存语义、实现机制

标准回答：

volatile是一种Java关键字，用于修饰变量，具有以下特性：

  1. 可见性：当一个线程修改一个volatile变量时，其他线程能够立即看到这个修改。这确保了对volatile变量的修改对所有线程都是可见的。
  2. 原子性：对单个volatile变量的读写操作是原子的。这意味着每次读写volatile变量都不会被拆分成多个机器指令，保证了操作的原子性。

volatile通过影响线程的内存可见性来实现上述特性，它具备如下的内存语义：

  • 写内存语义：当写一个volatile变量时，Java内存模型（JMM）会将该线程本地内存中的共享变量的值刷新到主内存中，使其对其他线程可见。
  • 读内存语义：当读一个volatile变量时，JMM会将该线程的本地内存置为无效，从主内存中重新读取共享变量的值，确保了可见性。

volatile的底层实现依赖于内存屏障（Memory Barrier），这是一种硬件级别的机制，用于禁止特定类型的处理器和编译器重排序操作。在Java中，内存屏障通过特殊的指令来实现，这些指令确保了volatile变量的读写操作满足内存语义。

Java中的内存屏障代码都在Unsafe类中定义，共包含三个方法：LoadFence()、StoreFence()、FullFence()。这些方法用于插入内存屏障，以保证内存操作的顺序性和可见性。

加分回答：

从内存语义的角度来看，volatile的读/写与锁的获取/释放具有相同的内存效果。具体而言，volatile的读与锁的获取具有相同的内存语义，volatile的写与锁的释放具有相同的内存语义。

需要注意的是，volatile只能保证单个变量的读/写的原子性，而锁（如synchronized）可以保证对整个临界区的代码执行具有原子性。因此，在功能上锁比volatile更强大，但在可伸缩性和性能上，volatile通常更具优势。