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java volatile變數及其使用場景

java中的一種稍弱的同步機制,就是volatile變數,用於確保將變數的更新操作通知到其他執行緒。

變數宣告為volatile後:

(1)編譯器與執行時都會注意到這個變數是共享的,因此不會將該變數上的操作與其他記憶體操作一起重排序(重排序不懂的,可以自行百度,需要理解)。

(2)volatile變數不會被快取在暫存器或對其他處理器不可見的地方

因此volatile變數總是會返回最新的值。

volatiel是比synchronize關鍵字更輕量級的同步機制,因為它不需要加鎖,也就不會阻塞,所以效能會好點。

這邊為了加深對volatile變數總能返回最新值的理解,你可以這樣想:從記憶體可見性角度來看,寫入volatile相當於推出同步程式碼塊,而讀取volatile變數就相當於進入同步程式碼塊。

注意:並不建議過度依賴volatile變數提供的可見性。如果在程式碼中依賴volatile變數來控制狀態的可見性,通常比使用鎖的程式碼更脆弱,更難理解。

下面我來介紹一下volatile的使用場景,當且僅當滿足以下所有條件時,才應該使用volatile變數:

(1) 對變數的寫入操作不依賴變數的當前值,或者你能確保只有單個執行緒更新變數的值。

(2) 該變數不會與其他狀態變數一起納入不變性條件。

(3) 在訪問變數時不需要加鎖

可能你有點不好理解上面三句話的意思,我們一條一條來講

對於第(1)條的理解就是:一般我們可能有這樣的操作習慣,就是檢查某個狀態以判斷是否退出迴圈,看一下下面這個示例,執行緒試圖通過類似於數綿羊的傳統方法進入休眠狀態。為了使這個示例能正確執行,asleep必須為volatile變數。否則,當asleep被另一個執行緒修改時,執行判斷的執行緒卻發現不了。我們也可以用鎖來確保asleep更新操作的可見性,但這將會使得程式碼變得更復雜。什麼叫 對變數的寫入操作不依賴變數的當前值?就如示例1中decide該函式中對asleep先判斷後執行(執行中保包含了對變數的改變),這種情況下沒使用鎖,所以可能在多執行緒情況下,alseep的記憶體可見性得不到保證。對於這類“對變數的寫入操作依賴變數的當前值”的操作,是需要用鎖進行保護的,此時可以考慮用內建鎖或者顯示鎖,但是方便起見可以使用volatile來保護asleep這個變數。畢竟只是想保護一個變數。解決方式如示例2,當然該示例對上述第三個條件同樣滿足。那條件2中“該變數不會與其他狀態一起納入不變性條件”是什麼意思呢?就是volatile變數不能與其他共享變數做複合操作,volatile變數本身在沒有鎖保護的情況下也不能做複合操作(這是我的理解)。

示例1:

public class NoVolatile {

    private int sheepCount;

    private boolean asleep;

    public void decide() {
        while (! asleep) {
            countSomeSheep();
        }
    }

    public void setAsleep() {
        asleep = true;
    }

    private void countSomeSheep() {
        if (sheepCount < 1000) {
            sheepCount++;
        } else {
            sheepCount = 0;
            setAsleep();
        }
    }
}

示例2:

class VolatileDemo {

    private volatile asleep;

    public void decide() {
        while (! asleep) {
            countSomeSheep();
        }
    }

    public void setAsleep() {
        asleep = true;
    }
}

對於volatile變數的使用需要有以下注意點:

加鎖機制既可以確保可見性又可以確保原子性,而volatile變數只能確保可見性。啥意思呢,就是,volatile的語義不足以確保遞增操作(count++)的原子性,除非你能確保只有一個執行緒對變數執行寫操作。

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