【面試普通人VS高手系列】volatile關鍵字有什麼用？它的實現原理是什麼？

一個工作了6年的Java程式設計師，在阿里二面，被問到“volatile”關鍵字。

然後，就沒有然後了…

同樣，另外一個去美團面試的工作4年的小夥伴，也被“volatile關鍵字“。

然後，也沒有然後了…

這個問題說實話，是有點偏底層，但也的確是併發程式設計裡面比較重要的一個關鍵字。

下面，我們來看看普通人和高手對於這個問題的回答吧。

普通人：

嗯… volatile可以保證可見性。

高手：

volatile關鍵字有兩個作用。

可以保證在多執行緒環境下共享變數的可見性。
通過增加記憶體屏障防止多個指令之間的重排序。

我理解的可見性，是指當某一個執行緒對共享變數的修改，其他執行緒可以立刻看到修改之後的值。

其實這個可見性問題，我認為本質上是由幾個方面造成的。

CPU層面的快取記憶體，在CPU裡面設計了三級快取去解決CPU運算效率和記憶體IO效率問題，但是帶來的就是快取的一致性問題，而在多執行緒並行執行的情況下，快取一致性就會導致可見性問題。

所以，對於增加了volatile關鍵字修飾的共享變數，JVM虛擬機器會自動增加一個#Lock彙編指令，這個指令會根據CPU型號自動新增匯流排鎖或/快取鎖

我簡單說一下這兩種鎖，
- 匯流排鎖是鎖定了CPU的前端匯流排，從而導致在同一時刻只能有一個執行緒去和記憶體通訊，這樣就避免了多執行緒併發造成的可見性。
- 快取鎖是對匯流排鎖的優化，因為匯流排鎖導致了CPU的使用效率大幅度下降，所以快取鎖只針對CPU三級快取中的目標資料加鎖，快取鎖是使用MESI快取一致性來實現的。
指令重排序，所謂重排序，就是指令的編寫順序和執行順序不一致，在多執行緒環境下導致可見性問題。指令重排序本質上是一種效能優化的手段，它來自於幾個方面。
- CPU層面，針對MESI協議的更進一步優化去提升CPU的利用率，引入了StoreBuffer機制，而這一種優化機制會導致CPU的亂序執行。當然為了避免這樣的問題，CPU提供了記憶體屏障指令，上層應用可以在合適的地方插入記憶體屏障來避免CPU指令重排序問題。
- 編譯器的優化，編譯器在編譯的過程中，在不改變單執行緒語義和程式正確性的前提下，對指令進行合理的重排序優化來提升效能。
所以，如果對共享變數增加了volatile關鍵字，那麼在編譯器層面，就不會去觸發編譯器優化，同時再JVM裡面，會插入記憶體屏障指令來避免重排序問題。