如何正確使用volatile變量

Java 語言中的 volatile 變量可以被看作是一種 “程度較輕的 synchronized”;與 synchronized 塊相比,volatile 變量所需的編碼較少,並且運行時開銷也較少,但是它所能實現的功能也僅是 synchronized 的一部分。本文介紹了幾種有效使用 volatile 變量的模式,並強調了幾種不適合使用 volatile 變量的情形。

鎖提供了兩種主要特性:互斥(mutual exclusion) 和可見性(visibility)。互斥即一次只允許一個線程持有某個特定的鎖,因此可使用該特性實現對共享數據的協調訪問協議,這樣,一次就只有一個線程能夠使用該共享數據。可見性要更加複雜一些,它必須確保釋放鎖之前對共享數據做出的更改對於隨後獲得該鎖的另一個線程是可見的 —— 如果沒有同步機制提供的這種可見性保證,線程看到的共享變量可能是修改前的值或不一致的值,這將引發許多嚴重問題。

Volatile 變量

Volatile 變量具有 synchronized 的可見性特性,但是不具備原子特性。這就是說線程能夠自動發現 volatile 變量的最新值。Volatile 變量可用於提供線程安全,但是隻能應用於非常有限的一組用例:多個變量之間或者某個變量的當前值與修改後值之間沒有約束。因此,單獨使用 volatile 還不足以實現計數器、互斥鎖或任何具有與多個變量相關的不變式(Invariants)的類(例如 “start <=end”)。

出於簡易性或可伸縮性的考慮,您可能傾向於使用 volatile 變量而不是鎖。當使用 volatile 變量而非鎖時,某些習慣用法(idiom)更加易於編碼和閱讀。此外,volatile 變量不會像鎖那樣造成線程阻塞,因此也很少造成可伸縮性問題。在某些情況下,如果讀操作遠遠大於寫操作,volatile 變量還可以提供優於鎖的性能優勢。

正確使用 volatile 變量的條件

您只能在有限的一些情形下使用 volatile 變量替代鎖。要使 volatile 變量提供理想的線程安全,必須同時滿足下面兩個條件:

1. 對變量的寫操作不依賴於當前值。
2. 該變量沒有包含在具有其他變量的不變式中。

對這兩個條件的驗證可以參見下面兩篇博客:

【Java併發編程】之五:volatile變量修飾符—意料之外的問題(含代碼)

【Java併發編程】之十八:第五篇中volatile意外問題的正確分析解答(含代碼)

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