在Java的面試當中，面試官最愛問的就是volatile關鍵字相關的問題。經過多次面試之后，你是否思考過，為什么他們那么愛問volatile關鍵字相關的問題？而對於你，如果作為面試官，是否也會考慮采用volatile關鍵字作為切入點呢？
為什么愛問volatile關鍵字
愛問volatile關鍵字的面試官，大多數情況下都是有一定功底的，因為volatile作為切入點，往底層走可以切入Java內存模型（JMM），往並發方向走又可接切入Java並發編程，當然，再深入追究，JVM的底層操作、字節碼的操作、單例都可以牽扯出來。
所以說懂的人提問題都是有門道的。那么，先整體來看看volatile關鍵字都設計到哪些點：內存可見性（JMM特性）、原子性（JMM特性）、禁止指令重排、線程並發、與synchronized的區別……再往深層次挖，可能就涉及到字節碼、JVM等。
不過值得慶幸的是，如果你已經學習了微信公眾號“程序新視界”JVM系列的文章，上面的知識點已經不是什么問題了，權當是復習了。那么，下面就以面試官提問的形式，在不看答案的情況下，嘗試回答，看看學習效果如何。奪命連環問，開始……
面試官：說說volatile關鍵字的特性
被volatile修飾的共享變量，就具有了以下兩點特性：
- 保證了不同線程對該變量操作的內存可見性;
- 禁止指令重排序；
回答的很好，點出了volatile關鍵字兩大特性。針對該兩大特性繼續深入。
面試官：什么是內存可見性？能否舉例說明？
該問題涉及到Java內存模型（JVM）和它的內存可見性特性，這里將前面系列《Java內存模型(JMM)詳解》和《Java內存模型相關原則詳解》中的部分內容整理出來回答。
先說內存模型：Java虛擬機規范試圖定義一種Java內存模型（JMM）,來屏蔽掉各種硬件和操作系統的內存訪問差異，讓Java程序在各種平台上都能達到一致的內存訪問效果。
Java內存模型是通過變量修改后將新值同步回主內存，在變量讀取前從主內存刷新變量值，將主內存作為傳遞媒介。可舉例說明內存可見性的過程。
本地內存A和B有主內存中共享變量x的副本，初始值都為0。線程A執行之后把x更新為1，存放在本地內存A中。當線程A和線程B需要通信時，線程A首先會把本地內存中x=1值刷新到主內存中，主內存中的x值變為1。隨后，線程B到主內存中去讀取更新后的x值，線程B的本地內存的x值也變為了1。
最后再說可見性：可見性是指當一個線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即得知這個修改。
無論普通變量還是volatile變量都是如此，只不過volatile變量保證新值能夠立馬同步到主內存，使用時也立即從主內存刷新，保證了多線程操作時變量的可見性。而普通變量不能夠保證。
面試官：提到JMM和可見性，能說說JMM的其他特性嗎
我們知道JMM除了可見性，還有原子性和有序性。
原子性即一個操作或一系列是不可中斷的。即使是在多個線程的情況下，操作一旦開始，就不會被其他線程干擾。
比如，對於一個靜態變量int x兩條線程同時對其賦值，線程A賦值為1，而線程B賦值為2，不管線程如何運行，最終x的值要么是1，要么是2，線程A和線程B間的操作是沒有干擾的，這就是原子性操作，不可被中斷的。
在Java內存模型中有序性可歸納為這樣一句話：如果在本線程內觀察，所有操作都是有序的，如果在一個線程中觀察另一個線程，所有操作都是無序的。
有序性是指對於單線程的執行代碼，執行是按順序依次進行的。但在多線程環境中，則可能出現亂序現象，因為在編譯過程會出現“指令重排”，重排后的指令與原指令的順序未必一致。
因此，上面歸納的前半句指的是線程內保證串行語義執行，后半句則指指“令重排現”象和“工作內存與主內存同步延遲”現象。
面試官：你多次提到指令重排，能舉例說明嗎？
CPU和編譯器為了提升程序執行的效率，會按照一定的規則允許進行指令優化。但代碼邏輯之間是存在一定的先后順序，並發執行時按照不同的執行邏輯會得到不同的結果。
舉個例說明多線程中可能出現的重排現象：
class ReOrderDemo {
int a = 0;
boolean flag = false;
public void write() {
a = 1; //1
flag = true; //2
}
public void read() {
if (flag) { //3
int i = a * a; //4
……
}
}
}
在上面的代碼中，單線程執行時，read方法能夠獲得flag的值進行判斷，獲得預期結果。但在多線程的情況下就可能出現不同的結果。比如，當線程A進行write操作時，由於指令重排，write方法中的代碼執行順序可能會變成下面這樣：
flag = true; //2
a = 1; //1
也就是說可能會先對flag賦值，然后再對a賦值。這在單線程中並不影響最終輸出的結果。
但如果與此同時，B線程在調用read方法，那么就有可能出現flag為true但a還是0，這時進入第4步操作的結果就為0，而不是預期的1了。
而volatile關鍵詞修飾的變量，會禁止指令重排的操作，從而在一定程度上避免了多線程中的問題。
面試官：volatile能保證原子性嗎？
volatile保證了可見性和有序性（禁止指令重排），那么能否保證原子性呢？
volatile不能保證原子性，它只是對單個volatile變量的讀/寫具有原子性，但是對於類似i++這樣的復合操作就無法保證了。
如下代碼，從直觀上來講，感覺輸出結果為10000，但實際上並不能保證，就是因為inc++操作屬於復合操作。
public class Test {
public volatile int inc = 0;
public void increase() {
inc++;
}
public static void main(String[] args) {
final Test test = new Test();
for(int i=0;i<10;i++){
new Thread(){
public void run() {
for(int j=0;j<1000;j++)
test.increase();
};
}.start();
}
while(Thread.activeCount()>1) //保證前面的線程都執行完
Thread.yield();
System.out.println(test.inc);
}
假設線程A，讀取了inc的值為10，然被阻塞，因未對變量進行修改，未觸發volatile規則。線程B此時也讀取inc的值，主存里inc的值依舊為10，做自增，然后立刻寫回主存，值為11。此時線程A執行，由於工作內存里保存的是10，所以繼續做自增，再寫回主存，11又被寫了一遍。所以雖然兩個線程執行了兩次increase()，結果卻只加了一次。
有人說，volatile不是會使緩存行無效的嗎？但是這里線程A讀取之后並沒有修改inc值，線程B讀取時依舊是10。又有人說，線程B將11寫回主存，不會把線程A的緩存行設為無效嗎？只有在做讀取操作時，發現自己緩存行無效，才會去讀主存的值，而線程A的讀取操作在線程B寫入之前已經做過了，所以這里線程A只能繼續做自增了。
針對這種情況，只能使用synchronized、Lock或並發包下的atomic的原子操作類。
面試官：剛提到synchronized，能說說它們之間的區別嗎
- volatile本質是在告訴JVM當前變量在寄存器（工作內存）中的值是不確定的，需要從主存中讀取；synchronized則是鎖定當前變量，只有當前線程可以訪問該變量，其他線程被阻塞住。
- volatile僅能使用在變量級別；synchronized則可以使用在變量、方法和類級別的；
- volatile僅能實現變量的修改可見性，不能保證原子性；而synchronized則可以保證變量的修改可見性和原子性；
- volatile不會造成線程的阻塞；synchronized可能會造成線程的阻塞。
- volatile標記的變量不會被編譯器優化；synchronized標記的變量可以被編譯器優化。
面試官：還能舉出其他例子說明volatile的作用嗎
可舉單例模式的實現，典型的雙重檢查鎖定（DCL）：
class Singleton{
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if(instance==null) { // 1
synchronized (Singleton.class) {
if(instance==null)
instance = new Singleton(); // 2
}
}
return instance;
}
}
這是一種懶漢的單例模式，使用時才創建對象，而且為了避免初始化操作的指令重排序，給instance加上了volatile。
為什么用了synchronized還要用volatile？具體來說就是synchronized雖然保證了原子性，但卻沒有保證指令重排序的正確性，會出現A線程執行初始化，但可能因為構造函數里面的操作太多了，所以A線程的instance實例還沒有造出來，但已經被賦值了（即代碼中2操作，先分配內存空間后構建對象）。
而B線程這時過來了（代碼1操作，發現instance不為null），錯以為instance已經被實例化出來，一用才發現instance尚未被初始化。要知道我們的線程雖然可以保證原子性，但程序可能是在多核CPU上執行。
小結
當然，針對volatile關鍵字還有其他方面的拓展，比如講到JMM時可拓展到JMM與Java內存模型的區別，講到原子性時可擴展到如何查看class字節碼，講到並發可擴展到線程並發的方法面面。
其實，不僅面試如此，在學習知識時也可以參考這種面試思維，多問幾個為什么。將一個點，通過為什么拓展成一個知識網。
原文鏈接：《Java面試官最愛問的volatile關鍵字》
《面試官》系列文章：
- 《JVM之內存結構詳解》
- 《面試官，不要再問我“Java GC垃圾回收機制”了》
- 《面試官，Java8 JVM內存結構變了，永久代到元空間》
- 《面試官，不要再問我“Java 垃圾收集器”了》
- 《Java虛擬機類加載器及雙親委派機制》
- 《Java內存模型(JMM)詳解》
- 《Java內存模型相關原則詳解》
- 《Java面試官最愛問的volatile關鍵字》