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知道这些,面试时volatile就稳了

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。

  • 本文以一次假想的面试过程,来深入了解下volitile关键字【本菜鸡还没投简历,准备好被今年20年秋招的毒打了😭】
  • 题目有标题党的嫌疑,但是如果大家好好理解文中涉及到的两篇文章,相信你对volatile有更深刻的认识!

【灵魂拷问开始】

  1. 面试官:Java并发这块了解的怎么样?说说你对volatile关键字的理解?
  2. 面试官:能不能详细说下什么是内存可见性,什么又是重排序呢?
  3. 面试官:volatile怎么保证可见性的?多个线程之间的可见性,你能讲一下底层原理是怎么实现的吗?
  4. 面试官:volatile关键字是怎么保证有序性的?
  5. 面试官:volatile能保证可见性和有序性,但是能保证原子性吗?为什么?
  6. 面试官:了解过JMM内存模型吗?简单的讲讲

到这里,我的眼里已是常含泪水了。不是因为我对代码爱的深沉,而是因为我菜的真诚!

没事,不就是个破volatile吗?别念了,我学习还不行吗!

Q1:请你谈谈对volatile关键字的理解?

volatile是JVM提供的轻量级的同步机制

  1. 保证可见性

  2. 保证有序性,禁止指令重排

  3. 不保证原子性(需要借助synchronized或者CAS)

小伙子,不错么😊,回答对了 1 + 1,得来点 2 + 2 的难度了


Q2:什么是内存可见性,volatile怎么保证多个线程之间的可见性的?

问题2和问题3讲到的可见性,用JMM来解释的话,本质上是同一个问题。至于有序性和重排序,到问题4再讨论。

一问到内存的可见性,volatile相关的,直接就把JMM内存模型搬出来好吧。先放图,然后再表演。

以下是俺个人的回答,有不足或漏洞,欢迎大家更正指出!

所谓可见性,是指当一条线程修改了共享变量的值,新值对于其他线程来说是可以立即得知的

每个线程都有自己独立的工作区间,为了匹配CPU的运行速度,他们不会直接从内存中读取数据,而是将数据拷贝一份到CPU缓存中(即每个线程自己的工作内存),他们之间的相互交互,是通过内存来完成的。

根据JMM内存模型的8大原子操作,每个线程在j将数据操作完stroe回主存之前,会加lock指令来锁定内存区域的缓存(缓存行锁定),根据MESI缓存一致性协议,总线通过侦听器发现数据被修改,会立即让其他线程工作内存中不一致的副本立即失效。

等到当前线程将更改后的数据write回主存后,立即执行unlock指令。

此时,其他线程再重新读取更新后的数据,再拷贝到自己的工作内存。总线侦听机制会在总线上检测线程的数据,发现有线程做了更改时准备store回主内存时,它就会立刻将其他线程工作内存中的副本置位无效,然后从新到主存获取更新后的值。

除了使用 volatile 关键字来保证内存可见性之外,使用synchronizedLock锁也能保证变量的内存可见性。只是相比而言使用 volatile关键字开销更小,是轻量级的锁。

这就是内存可见性的原理。


Q3:volatile关键字是怎么保证有序性的?

使用volatile关键字修饰共享变量便可以禁止指令重排序。若用volatile修饰共享变量,在JVM底层volatile是采用“内存屏障”来实现禁止特定类型的处理器重排序。加入volatile关键字时,会多出一个lock前缀指令,lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障(也成内存栅栏),内存屏障会提供3个功能:

  1. 它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置,也不会把前面的指令排到内存屏障的后面;即在执行到内存屏障这句指令时,在它前面的操作已经全部完成;

  2. 它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存;

  3. 如果是写操作,它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。

JMM具备一些先天的有序性,通过Happens-Before原则就可以保证的一定的有序性。


Q4:volatile能保证可见性和有序性,但是能保证原子性吗?为什么?

volatile关键字不能保证原子性。

a. 当写一个volatile变量时,JMM会把该线程本地内存中的变量强制刷新到主内存中去;

b. 这个写会操作会导致其他线程中的缓存无效。

对于类似i++这样的复合操作,要想保证原子性,只能借助于synchronizedLock以及并发包下的AtomicInteger的原子操作类。AtomicInteger对基本数据类型的 自增(加1操作),自减(减1操作)、以及加法操作(加一个数),减法操作(减一个数)进行了封装,保证这些操作是原子性操作。


Q5:了解过JMM内存模型吗?简单的讲讲

看完这篇👇文章,这道题目就是你的主场。

👉用volatile的视角,来打开JMM内存模型👈

看着这张图,直接就巴拉巴拉一顿操作!

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