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    在Java并發編程里面,volatile是個很重要的概念,大象也來講講自己對它的理解。
    以前曾經有段時間我一直沒搞明白volatile到底怎么用,它是怎樣實現的同步,而且對于volatile變量還有一些限制條件。任何技術在沒完全弄明白之前,至少在沒熟練掌握之前都不太敢放心大膽的用,大象想將自己對它的理解分享出來,給需要的人一些幫助。
    volatile是輕量級的鎖,它只具備可見性,但沒有原子特性。用volatile聲明的變量,它的同步特性,簡單來講就是對該變量的單個讀/寫是同步的。這是什么意思呢?我還是以共享變量i為例,不過在i的前面加上了volatile修飾符。
    private volatile int i = 0;
    public int get() {
        return i;
    }
    public void set(int i) {
        this.i = i;
    }

    為了與傳統的getXXXsetXXX方法區別開來,我將方法名改成了上面這樣。對于getset方法,如果有多個線程同時訪問,volatile是可以保證i的原子性的,再簡單點講,對于變量i,getset方法是同步的。這是通過什么來保證的呢?是通過Java語言規范:如果一個字段被聲明為volatile,Java內存模型確保所有線程看到這個變量的值是一致的。
    看到這里,可能有的童鞋會想,既然volatile可以保證內存可見性,那不就解決了淺談Java共享變量這篇文章里面講到的共享變量的并發問題嗎?只要在i的前面加上volatile就可以解決同步問題了,你確定?實踐是最好的辦法,動手試下,看看結果如何。
    事實證明這個辦法行不通,為什么呢?原因出在i++上面,增量操作符++不是原子的。這個操作分解開來看是先從堆內存中獲得i值的副本放到緩存中,然后對副本值加1,最后再將副本值寫回到堆內存的變量i中。從這個過程我們可以看到,從堆內存中獲得i(get方法)以及將值寫回到i(set方法)這兩步都是同步的,但中間的就不能保證是同步的了。
    對于volatile修飾的變量,只保證了他的可見性,但不保證原子性。最常用的應該是boolean類型,它用來作為狀態標志,因為它只有truefalse兩個值,不會有非原子性的操作。當然不是說只能用在布爾類型變量上面,其它的基本類型和對象類型都可以用。但一定需要小心謹慎的處理,以免掉進并發陷阱而不知。比如volatile變量就不適合用于不變性條件這種情況,以上下限為例,lower必須小于upper,這就是一種不變性條件,你可以理解為這是一種規則限制。它們都只有setget方法,但在set方法里面加入了約束條件,這時,volatile的可見性就不能保證并發時,lowerupper之間的不變性條件(lower<upper)一定成立了。

    /*
     * volatile只保證lowerupper的最后寫入一定會被其它讀取的線程看到
     * 但不能保證在lowerupper寫入時,另一個變量的值沒有發生變化
     */
    private volatile int lower;
    private volatile int upper;

    public int getLower() {
        return lower;
    }

    public int getUpper() {
        return upper;
    }

    public void setLower(int lower) {
        if (lower > upper)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.lower = lower;
    }

    public void setUpper(int upper) {
        if (upper < lower)
            throw new IllegalArgumentException();
        this.upper = upper;
    }

    如果lowerupper的初始值為010,同一時刻,線程1調用setLower(8),線程2調用setUpper(2),執行上完全沒問題,但是現在的lowerupper的值就變為了82這種無效的數據了,所以volatile只能確??梢娦?,不能確保原子性。
    所以在使用volatile變量時,請考慮是否滿足下面這樣的要求:
        1、對變量的寫入操作不依賴變量的當前值(i++這種操作就不行)
        2、沒有用于其它變量的不變式條件中(lower<upper)
    到這里,我們已經明白了:用volatile修飾的變量只具備可見性,那么它是怎么保證可見性的呢?
    現在大家用的電腦CPU基本上都是多核的,至少兩核,緩存也有很多級(L1、L2、L3)。代碼在JVM里面執行的時候,JVM如果發現有CPU在處理volatile變量的寫入操作,就會告訴該CPU將當前緩存中的數據寫回到堆內存中,但這時其它CPU的緩存值還是舊的,再執行操作就會有問題,所以在處理器的內部實現了緩存一致性協議,當有緩存中的數據寫回內存時會引起其它CPU里這個volatile變量的緩存值無效,如果這時候其它CPU要想使用就必須到堆內存中重新讀取該值,這樣就實現了volatile變量的可見性。我這樣講方便大家理解,實際的情況比這復雜的多。
    以上是大象關于volatile變量的一些淺薄見解,真的很淺,大象學藝不精,有什么不對的,還請各位指出來。謝謝!
    本文為菠蘿大象原創,如要轉載請注明出處。http://www.268147.live/bolo
posted on 2014-06-20 17:08 菠蘿大象 閱讀(5530) 評論(2)  編輯  收藏 所屬分類: Concurrency

評論:
# re: 淺談volatile變量的理解[未登錄] 2014-06-22 21:20 | 星情
比 ibm devloper works 上的那篇關于 volatitle 的文章更易于理解  回復  更多評論
  
# re: 淺談volatile變量的理解 2014-07-18 19:58 | zhangchao
簡單來說,volatile就是告訴程序,該變量是易變的,不穩定的,每次必須去主存讀取,而不要從自己的緩存中獲取副本。  回復  更多評論
  

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