面试题：Java 中 volatile 关键字的作用是什么？

volatile 是 Java 中的一个关键字，用于修饰变量，主要作用是保证变量的可见性和禁止指令重排序。它在多线程编程中非常重要，尤其是在需要共享变量的场景中。

1. volatile 的作用

（1）保证可见性

问题背景：
- 在多线程环境中，每个线程都有自己的工作内存（缓存），线程对变量的操作会先在工作内存中进行，然后再同步到主内存。
- 如果没有同步机制，一个线程对变量的修改可能对其他线程不可见，导致数据不一致。
volatile 的解决方案：
- 当一个变量被声明为 volatile 时，任何线程对该变量的修改都会立即写回主内存。
- 其他线程在读取该变量时，会直接从主内存中读取最新的值，而不是使用工作内存中的缓存值。

示例：

public class VisibilityExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void toggleFlag() {
        flag = !flag; // 修改 volatile 变量
    }

    public void printFlag() {
        System.out.println("Flag: " + flag); // 读取 volatile 变量
    }
}

在这个示例中，flag 被声明为 volatile，因此任何线程对 flag 的修改对其他线程都是可见的。

（2）禁止指令重排序

问题背景：
- 为了提高性能，编译器和处理器可能会对指令进行重排序。
- 在单线程中，这种重排序不会影响程序的最终结果，但在多线程中可能会导致问题。
volatile 的解决方案：
- 当一个变量被声明为 volatile 时，编译器和处理器会禁止对该变量的读写操作进行重排序。
- 这确保了 volatile 变量的操作顺序与代码中的顺序一致。

示例：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton(); // 禁止指令重排序
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

在这个示例中，instance 被声明为 volatile，确保了 Singleton 实例的初始化过程不会被重排序。

2. volatile 的适用场景

状态标志：
- 用于标记线程的状态，例如线程的启动和停止。
java复制private volatile boolean running = true; public void stop() { running = false; } public void run() { while (running) { // 执行任务 } }
单例模式（双重检查锁定）：
- 用于确保单例对象的正确初始化。
一次性发布：
- 用于确保对象的构造过程对其他线程可见。

3. volatile 的局限性

不保证原子性：
- volatile 只能保证单个读/写操作的原子性，但不能保证复合操作（如 i++）的原子性。
- 如果需要保证复合操作的原子性，可以使用 synchronized 或 java.util.concurrent.atomic 包中的原子类。

示例：

private volatile int count = 0;

public void increment() {
    count++; // 非原子操作，volatile 无法保证线程安全
}

4. volatile 与 synchronized 的区别

特性	`volatile`	`synchronized`
作用范围	变量级别	代码块或方法级别
可见性	保证变量的可见性	保证变量的可见性
原子性	不保证复合操作的原子性	保证代码块的原子性
性能	轻量级，性能较高	重量级，性能较低
适用场景	状态标志、一次性发布	需要原子性和复杂同步的场景