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Volatile总结

Volatile总结

作者: 王小宝wy | 来源:发表于2017-05-31 15:20 被阅读0次

    1. volatile作用

    • 在Java的内存模型下,线程可以把变量保存在本地内存中, 而不是直接在主存中进行读写,这就可能造成一个线程在主存中修改变量的值,但另外一个线程还继续使用它自己的本地内存中变量的值,造成数据不一致。要解决这个问题,可以把变量声明为volatile,这就指示JVM当每次使用该变量时都得到主存中进行读取,volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时,都强迫从共享内存中重读该变量的值,而且,当成员变量值发生变化时,强迫线程将变化值写回到共享内存, 从而保证在任何时刻,不同的线程总是看到该成员变量的同一个值

    在对volatile变量进行写操作之前的所有可见的共享变量的写操作,在另一个线程B读这个volatile变量后,都会马上对另一个线程B可见

    • 为了获得更好的性能,JVM可能会对指令进行重排序,使用volitile会禁止重排序,不过这也在一定程度上降低了代码执行效率

    2. volatile的正确使用

    要使volatile变量提供理想的线程安全,必须同时满足下面两个条件:

    • 对变量的写操作不依赖当前值
    • 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

    第一个条件使volatile变量不能用作线程安全计数器, i++看上去是一个单独的操作,实际上是由读取-修改-写入三个操作序列组成的组合操作,必须以原子方式执行,但volatile并不提供必须的原子性(如果是单线程操作,则可以忽略第一个条件)

    假设现在有一个不变式:min < max

    
        private int min, max;
    
        public void setMin(int value) {
            if (value > max) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }   
            min = value;
        }
    
        public void setMax(int max) {
            if (value < min) {
                throw new IllegalArgumentException();
            }   
            max = value;
        }   
    
    

    如果将min和max都声明为volatile并不足以保证线程安全,假设同一时间,线程A调用setMin(5), 线程B调用setMax(3), 由于volitile并不阻塞线程,则两个操作都会正常进行,但最后min = 5, max = 3,这就会不符合条件

    3. 正确使用volatile的模式

    1. 状态标志

    ```
    volatile boolean shudownRequested;
    public void shutdown() {
        shutdownRequested = true;
    }
    
    public void doWork() {
        while (!shutdownRequested) {
            ...
        }
    }
    ```
    

    这种类型的状态标记的一个公共特性是:通常只有一种状态转换,如从false变为true,这种模式可以扩展到来回转换的状态标志,但是只有在转换周期不被察觉的情况下才能扩展(false->true, true->false), 此外,还需要某些原子状态转换机制,如原子变量

    2. 一次性安全发布

    ```
    
    public class BackgroundFloobleLoader {
        public volatile Flooble theFlooble;
    
        public void initInBackground() {
            // do lots of stuff
            theFlooble = new Flooble();  // this is the only write to theFlooble
        }   
    }
    
    public class SomeOtherClass {
        public void doWork() {
            while (true) { 
                // do some stuff...
                // use the Flooble, but only if it is ready
                if (floobleLoader.theFlooble != null) 
                    doSomething(floobleLoader.theFlooble);
                }
            }
    }
    ```
    

    如果 theFlooble 引用不是 volatile 类型,doWork() 中的代码在解除对 theFlooble 的引用时,将会得到一个不完全构造的 Flooble

    该模式的一个必要条件是:被发布的对象必须是线程安全的,或者是有效的不可变对象(有效不可变意味着对象的状态在发布之后永远不会被修改)。volatile 类型的引用可以确保对象的发布形式的可见性,但是如果对象的状态在发布后将发生更改,那么就需要额外的同步

    3. 独立观察

    设有一种环境传感器能够感觉环境温度。一个后台线程可能会每隔几秒读取一次该传感器,并更新包含当前文档的 volatile 变量。然后,其他线程可以读取这个变量,从而随时能够看到最新的温度值;使用该模式的另一种应用程序就是收集程序的统计信息

    4. volatile bean模式

    volatile bean模式中, JavaBean的所有数据成员都是volatile类型, 并且gettersetter方法除了获取或设置属性外,不能包含任何逻辑, 此外,对于对象引用的成员, 引用的对象必须是有效不可变的(这将禁止具有数组值得属性, 因为当数组引用被声明为 volatile 时,只有引用而不是数组本身具有 volatile语义)

    5. 开销较低的读-写锁策略

    如果读操作远远超过写操作,可以结合使用内部锁和 volatile 变量来减少公共代码路径的开销

        public class CheesyCounter {
        
            private volatile int value;
    
            public int getValue() { return value; }
    
            public synchronized int increment() {
                return value++;
            }
        }
    

    写操作违反了使用 volatile 的第一个条件,因此不能使用 volatile 安全地实现计数器 —— 必须使用锁,其中,锁一次只允许一个线程访问值,volatile 允许多个线程执行读操作,因此当使用 volatile 保证读代码路径时,要比使用锁执行全部代码路径获得更高的共享度 —— 就像读-写操作一样。然而,要随时牢记这种模式的弱点:如果超越了该模式的最基本应用,结合这两个竞争的同步机制将变得非常困难

    参考

    1. Volatile 关键字(上)
    2. 正确使用 Volatile 变量

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