Java并发编程 -volatile关键字


Java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他的线程。

当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序，volatile变量 不会被缓存在寄存器或者对处理器不可见的地方，因此在读取volatile变量时总会返回最新写入的值。访问volatile变量不会执行加锁操作，因此也就不会使得执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更加轻量级的同步机制。

一种volatile变量典型的用法：检查某个状态标记以判断是否退出循环

volatile boolean asleep；

while( ! asleep)
      countSomeSheep（）；

volatile变量通常用着某个操作完成、发生中断或者状态的标识。尽管volatile变量可以用于表示其他的状态信息，但是在使用时要非常小心。例如，volatile的语义不足以保证递增操作（count++）的原子性，除非你能确保只有一个线程对变量进行写操作。

加锁机制既可以保证可见性又可以保证原子性，而volatile变量只能保证可见性。

使用volatile应满足的一些条件

对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值

该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中

在访问变量是不需要加锁

如和理解上面的三条，首先看第一条

对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单个线程更新变量的值

常见的操作如：i++操作，i的写入需要依赖i自身的值，当有多个线程同时执行i++时，A，B读了i的值，然后进行++操作，实际上得到的值可能只++了一次

如下代码：

public class Volatiletest extends Thread {

        static volatile int a=0;


      public void run()
      {

        for  ( int  i  =  0 ; i  <  10 ; i ++ )
              try 
        {
                a  =  a  +  1 ;
                sleep( 300 );   

            }
              catch  (Exception e)
            {
            }
      }

      public static void main(String []args) throws InterruptedException
      {
        Thread thread[]= new Thread[100];

        for(int i=0;i<100;i++)
                thread[i]= new Volatiletest();

        for(int i=0;i<100;i++)
                thread[i].start();

        for(int i=0;i<100;i++)
                thread[i].join();

        System. out.println("a:" +a);

      }
}

运行，可以得知a的结果并不一定等于1000，很多时候要小于1000

第二条：该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中

看一个例子：有范围值 lower总是小于等于upper 这是一个不变式

  public class NumberRange{
          private volatile int lower ,upper ;
          public int getLower(){
              return lower ;
          }
          public int getUpper(){
              return upper ;
          }
          public void setLower( int value){
              if (value > upper) throw new IllegalArgumentException( ...);
              lower = value;
          }
          public void setUpper( int value){
              if (value < lower) throw new IllegalArgumentException( ...);
              upper = value;
          }
      }

这种方式限制了范围的状态变量，因此将 lower 和 upper 字段定义为 volatile 类型不能够充分实现类的线程安全；从而仍然需要使用同步。否则，如果凑巧两个线程在同一时间使用不一致的值执行 setLower 和 setUpper 的话，则会使范围处于不一致的状态。例如，如果初始状态是 (0,5），同一时间内，线程 A 调用 setLower⑷ 由于用的是volatile变量，那么读取的upper为5，并且线程 B 调用 setUpper⑶同理，由于用的是volatile变量，读取的lower为0，显然这两个操作交叉存入的值是不符合条件的，那么两个线程都会通过用于保护不变式的检查，使得最后的范围值是 （4,3） —— 一个无效值。至于针对范围的其他操作，我们需要使 setLower() 和 setUpper() 操作原子化 —— 而将字段定义为 volatile 类型是无法实现这一目的的。

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第三条：由前面可以知道—加锁机制既可以保证可见性又可以保证原子性，而volatile变量只能保证可见性。

所以volatile变量并不能保证加锁操作的原子性

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