请解释 volatile 关键字在 Java 中的作用

题目

请解释 volatile 关键字在 Java 中的作用

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐

考点

volatile关键字,内存可见性,指令重排序

快速回答

volatile 关键字主要有两个核心作用：

• 保证变量的内存可见性：所有线程都能立即看到该变量的最新值
• 禁止指令重排序优化：确保代码执行顺序与程序顺序一致

典型应用场景：状态标志位、双重检查锁定等

解析

1. 原理说明

Java 内存模型(JMM)规定：

• 可见性问题：普通变量修改后可能暂存在工作内存，其他线程无法立即感知
• 重排序问题：编译器和处理器可能优化指令执行顺序

volatile 通过以下机制解决：

• 写操作时强制刷新主内存，并使其他线程缓存失效
• 通过内存屏障禁止指令重排序（LoadStore/LoadLoad/StoreStore/StoreLoad）

2. 代码示例

// 状态标志位示例
public class TaskRunner {
    private volatile boolean running = true;

    public void stop() { running = false; }

    public void run() {
        while (running) {
            // 执行任务
        }
    }
}

// 双重检查锁定示例（单例模式）
class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton(); // volatile 防止重排序
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

3. 最佳实践

• 仅用于修饰独立变量（如状态标志）
• 结合 synchronized 实现更复杂的原子操作
• 在单例模式的双重检查锁定中必须使用

4. 常见错误

• 误认为 volatile 能保证原子性（如 i++ 操作）
• 过度使用导致性能下降（频繁刷新内存）
• 依赖 volatile 实现复杂同步逻辑（应使用锁机制）

5. 扩展知识

• Happens-Before 原则：volatile 写操作先于后续读操作
• 与 synchronized 对比：synchronized 保证原子性+可见性，volatile 仅保证可见性和有序性
• 适用场景：多线程共享状态标志、一次性安全发布对象