菠蘿大象
用心思考，用心寫作

隨筆-67 評論-522 文章-0 trackbacks-0

在Java并發(fā)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(jīng)有段時間我一直沒搞明白volatile到底怎么用，它是怎樣實現(xiàn)的同步，而且對于volatile變量還有一些限制條件。任何技術(shù)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(tǒng)的getXXX和setXXX方法區(qū)別開來，我將方法名改成了上面這樣。對于get和set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，get和set方法是同步的。這是通過什么來保證的呢？是通過Java語言規(guī)范:如果一個字段被聲明為volatile，Java內(nèi)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(nèi)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(fā)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(jié)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(nèi)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(nèi)存的變量i中。從這個過程我們可以看到，從堆內(nèi)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(yīng)該是boolean類型，它用來作為狀態(tài)標(biāo)志，因為它只有true和false兩個值，不會有非原子性的操作。當(dāng)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(fā)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(guī)則限制。它們都只有set與get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(fā)時，lower與upper之間的不變性條件(lower<upper)一定成立了。

  /*
* volatile只保證lower與upper的最后寫入一定會被其它讀取的線程看到
* 但不能保證在lower或upper寫入時，另一個變量的值沒有發(fā)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lower和upper的初始值為0和10，同一時刻，線程1調(diào)用setLower(8)，線程2調(diào)用setUpper(2)，執(zhí)行上完全沒問題，但是現(xiàn)在的lower和upper的值就變?yōu)榱?/span>8和2這種無效的數(shù)據(jù)了，所以volatile只能確保可見性，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(dāng)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(jīng)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(xiàn)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(zhí)行的時候，JVM如果發(fā)現(xiàn)有CPU在處理volatile變量的寫入操作，就會告訴該CPU將當(dāng)前緩存中的數(shù)據(jù)寫回到堆內(nèi)存中，但這時其它CPU的緩存值還是舊的，再執(zhí)行操作就會有問題，所以在處理器的內(nèi)部實現(xiàn)了緩存一致性協(xié)議，當(dāng)有緩存中的數(shù)據(jù)寫回內(nèi)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(nèi)存中重新讀取該值，這樣就實現(xiàn)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(fù)雜的多。
  以上是大象關(guān)于volatile變量的一些淺薄見解，真的很淺，大象學(xué)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(chuàng)，如要轉(zhuǎn)載請注明出處。http://www.aygfsteel.com/bolo

posted on 2014-06-20 17:08 菠蘿大象閱讀(5998) 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(guān)于 volatitle 的文章更易于理解回復(fù) 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(wěn)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(fù) 更多評論

新用戶注冊刷新評論列表


只有注冊用戶登錄后才能發(fā)表評論。




網(wǎng)站導(dǎo)航: 博客園 IT新聞 Chat2DB C++博客博問管理
相關(guān)文章: 淺談Java兩種并發(fā)類型——計算密集型與IO密集型淺談volatile變量的理解淺談Java共享變量

<

2014年6月

>

日

一

二

三

四

五

六

25

26

27

28

29

30

31

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

1

2

3

4

5

隨筆分類(67)

隨筆檔案(67)

搜索

積分與排名

積分 - 782395
排名 - 55

隨筆分類(67)

隨筆檔案(67)

搜索

積分與排名

最新隨筆

最新評論

閱讀排行榜

評論排行榜