Volatile总结

2017-05-31 本文已影响0人王小宝wy

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