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
在volatile bean
模式中, JavaBean的所有数据成员都是volatile
类型, 并且getter
和setter
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
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