Volatile 能保证原子性吗？为什么？

Volatile 不能保证原子性。

volatile 关键字在 Java 中主要解决 可见性 和 有序性 问题：

• 可见性：对 volatile 变量的写操作会立即刷新到主内存，且读操作会直接从主内存读取最新值，确保其他线程能立即看到修改。

• 有序性：禁止编译器和处理器对 volatile 变量的读写操作进行重排序。

但它 不提供原子性保证。

volatile 适合单一写线程、多读线程的场景（如状态标志位），不适合需要复合操作的场景。

如何保证原子性？

• 使用 synchronized 或 Lock

• 使用原子类（如 AtomicInteger）

Synchronized 是如何保证原子性、可见性、有序性的？

原子性

问题：多线程并发时，操作可能被其他线程中断，导致中间状态被覆盖。
synchronized 的解决方案：

1. 互斥锁机制：通过 monitorenter 和 monitorexit 指令（对应 Monitor 的获取和释放），确保同一时刻只有一个线程能进入同步代码块。

2. 临界区保护：被 synchronized 修饰的代码块（或方法）成为临界区，线程必须持有锁才能执行临界区代码。

3. 原子操作保障：锁的排他性保证了临界区内的操作不会被线程切换打断，从而实现了原子性。

可见性

问题：线程修改共享变量后，其他线程可能因本地缓存（工作内存）未更新而读到旧值。
synchronized 的解决方案：

1. 内存屏障：

   • 在 monitorenter（获取锁）时，会插入 Load Barrier，强制从主内存重新加载变量。

   • 在 monitorexit（释放锁）时，会插入 Store Barrier，强制将工作内存的修改刷新到主内存。

2. Happens-Before 规则：

   • 根据 JMM 规范，对一个锁的解锁操作 Happens-Before 后续对这个锁的加锁操作。

   • 前一个线程在释放锁前的所有修改，对后续获取锁的线程可见。

有序性

问题：编译器和处理器可能对指令重排序，导致代码执行顺序与预期不一致。
synchronized 的解决方案：

1. 锁的内存语义：

   • 进入 synchronized 块时（获取锁），相当于执行 Acquire 操作，禁止后续读写操作重排序到锁获取之前。

   • 退出 synchronized 块时（释放锁），相当于执行 Release 操作，禁止前面的读写操作重排序到锁释放之后。

2. 单线程语义：在同步块内部，JVM 会遵守 as-if-serial 语义，即单线程执行结果不会被重排序破坏，但允许不影响结果的重排序。

总结