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Java中關(guān)鍵字volatile的作用

用在多線程，同步變量。線程為了提高效率，將某成員變量(如A)拷貝了一份（如B），線程中對(duì)A的訪問其實(shí)訪問的是B。只在某些動(dòng)作時(shí)才進(jìn)行A和B的同步。因此存在A和B不一致的情況。volatile就是用來避免這種情況的。volatile告訴jvm，它所修飾的變量不保留拷貝，直接訪問主內(nèi)存中的（也就是上面說的A)

　　在Java內(nèi)存模型中，有main memory，每個(gè)線程也有自己的memory (例如寄存器)。為了性能，一個(gè)線程會(huì)在自己的memory中保持要訪問的變量的副本。這樣就會(huì)出現(xiàn)同一個(gè)變量在某個(gè)瞬間，在一個(gè)線程的memory中的值可能與另外一個(gè)線程memory中的值，或者main memory中的值不一致的情況。

　　一個(gè)變量聲明為volatile，就意味著這個(gè)變量是隨時(shí)會(huì)被其他線程修改的，因此不能將它c(diǎn)ache在線程memory中。以下例子展現(xiàn)了volatile的作用：

public class StoppableTask extends Thread {

private volatile boolean pleaseStop;

public void run() {

while (!pleaseStop) {

// do some stuff...

}

public void tellMeToStop() {

pleaseStop = true;

}

public class StoppableTask extends Thread {

private volatile boolean pleaseStop;

public void run() {

while (!pleaseStop) {

// do some stuff...

}

public void tellMeToStop() {

pleaseStop = true;

}

　　假如pleaseStop沒有被聲明為volatile，線程執(zhí)行run的時(shí)候檢查的是自己的副本，就不能及時(shí)得知其他線程已經(jīng)調(diào)用tellMeToStop()修改了pleaseStop的值。

　　Volatile一般情況下不能代替sychronized，因?yàn)関olatile不能保證操作的原子性，即使只是i++，實(shí)際上也是由多個(gè)原子操作組成：read i; inc; write i，假如多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行i++，volatile只能保證他們操作的i是同一塊內(nèi)存，但依然可能出現(xiàn)寫入臟數(shù)據(jù)的情況。如果配合Java 5增加的atomic wrapper classes，對(duì)它們的increase之類的操作就不需要sychronized。

　恐怕比較一下volatile和synchronized的不同是最容易解釋清楚的。volatile是變量修飾符，而synchronized則作用于一段代碼或方法；看如下三句get代碼：

int i1;

int geti1() {return i1;}

volatile int i2;

int geti2()

{return i2;}

int i3;

synchronized int geti3() {return i3;}

geti1()

int i1;

int geti1() {return i1;}

volatile int i2;

int geti2()

{return i2;}

int i3;

synchronized int geti3() {return i3;}

geti1()

　　得到存儲(chǔ)在當(dāng)前線程中i1的數(shù)值。多個(gè)線程有多個(gè)i1變量拷貝，而且這些i1之間可以互不相同。換句話說，另一個(gè)線程可能已經(jīng)改變了它線程內(nèi)的i1值，而這個(gè)值可以和當(dāng)前線程中的i1值不相同。事實(shí)上，Java有個(gè)思想叫“主”內(nèi)存區(qū)域，這里存放了變量目前的“準(zhǔn)確值”。每個(gè)線程可以有它自己的變量拷貝，而這個(gè)變量拷貝值可以和“主”內(nèi)存區(qū)域里存放的不同。因此實(shí)際上存在一種可能：“主”內(nèi)存區(qū)域里的i1值是1，線程1里的i1值是2，線程2里的i1值是3——這在線程1和線程2都改變了它們各自的i1值，而且這個(gè)改變還沒來得及傳遞給“主”內(nèi)存區(qū)域或其他線程時(shí)就會(huì)發(fā)生。

　　而 geti2()得到的是“主”內(nèi)存區(qū)域的i2數(shù)值。用volatile修飾后的變量不允許有不同于“主”內(nèi)存區(qū)域的變量拷貝。換句話說，一個(gè)變量經(jīng) volatile修飾后在所有線程中必須是同步的；任何線程中改變了它的值，所有其他線程立即獲取到了相同的值。理所當(dāng)然的，volatile修飾的變量存取時(shí)比一般變量消耗的資源要多一點(diǎn)，因?yàn)榫€程有它自己的變量拷貝更為高效。

　　既然volatile關(guān)鍵字已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了線程間數(shù)據(jù)同步，又要 synchronized干什么呢？呵呵，它們之間有兩點(diǎn)不同。首先，synchronized獲得并釋放監(jiān)視器——如果兩個(gè)線程使用了同一個(gè)對(duì)象鎖，監(jiān)視器能強(qiáng)制保證代碼塊同時(shí)只被一個(gè)線程所執(zhí)行——這是眾所周知的事實(shí)。但是，synchronized也同步內(nèi)存：事實(shí)上，synchronized在“ 主”內(nèi)存區(qū)域同步整個(gè)線程的內(nèi)存。因此，執(zhí)行g(shù)eti3()方法做了如下幾步：

　　1. 線程請(qǐng)求獲得監(jiān)視this對(duì)象的對(duì)象鎖（假設(shè)未被鎖，否則線程等待直到鎖釋放）

　　2. 線程內(nèi)存的數(shù)據(jù)被消除，從“主”內(nèi)存區(qū)域中讀入（Java虛擬機(jī)能優(yōu)化此步。。。[后面的不知道怎么表達(dá),汗]）

　　3. 代碼塊被執(zhí)行

　　4. 對(duì)于變量的任何改變現(xiàn)在可以安全地寫到“主”內(nèi)存區(qū)域中（不過geti3()方法不會(huì)改變變量值）

　　5. 線程釋放監(jiān)視this對(duì)象的對(duì)象鎖

　　因此volatile只是在線程內(nèi)存和“主”內(nèi)存間同步某個(gè)變量的值，而synchronized通過鎖定和解鎖某個(gè)監(jiān)視器同步所有變量的值。顯然synchronized要比volatile消耗更多資源。

　　=========================分割線3=================================

　　volatile關(guān)鍵字相信了解Java多線程的讀者都很清楚它的作用。volatile關(guān)鍵字用于聲明簡(jiǎn)單類型變量，如int、float、 boolean等數(shù)據(jù)類型。如果這些簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型聲明為volatile，對(duì)它們的操作就會(huì)變成原子級(jí)別的。但這有一定的限制。例如，下面的例子中的n就不是原子級(jí)別的：

package mythread;

public class JoinThread extends Thread

{

public static volatile int n = 0 ;

public void run()

{

for ( int i = 0 ; i < 10 ; i ++ )

try

{

n = n + 1 ;

sleep( 3 ); // 為了使運(yùn)行結(jié)果更隨機(jī)，延遲3毫秒

}

catch (Exception e)

{

}

public static void main(String[] args) throws Exception

{

Thread threads[] = new Thread[ 100 ];

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 建立100個(gè)線程

threads[i] = new JoinThread();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 運(yùn)行剛才建立的100個(gè)線程

threads[i].start();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 100個(gè)線程都執(zhí)行完后繼續(xù)

threads[i].join();

System.out.println( " n= " + JoinThread.n);

}

package mythread;

public class JoinThread extends Thread

{

public static volatile int n = 0 ;

public void run()

{

for ( int i = 0 ; i < 10 ; i ++ )

try

{

n = n + 1 ;

sleep( 3 ); // 為了使運(yùn)行結(jié)果更隨機(jī)，延遲3毫秒

}

catch (Exception e)

{

}

public static void main(String[] args) throws Exception

{

Thread threads[] = new Thread[ 100 ];

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 建立100個(gè)線程

threads[i] = new JoinThread();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 運(yùn)行剛才建立的100個(gè)線程

threads[i].start();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 100個(gè)線程都執(zhí)行完后繼續(xù)

threads[i].join();

System.out.println( " n= " + JoinThread.n);

}

如果對(duì)n的操作是原子級(jí)別的，最后輸出的結(jié)果應(yīng)該為n=1000，而在執(zhí)行上面積代碼時(shí)，很多時(shí)侯輸出的n都小于1000，這說明n=n+1不是原子級(jí)別的操作。原因是聲明為volatile的簡(jiǎn)單變量如果當(dāng)前值由該變量以前的值相關(guān)，那么volatile關(guān)鍵字不起作用，也就是說如下的表達(dá)式都不是原子操作：

　　n = n + 1 ;

　　n ++ ;

　　如果要想使這種情況變成原子操作，需要使用synchronized關(guān)鍵字，如上的代碼可以改成如下的形式：

package mythread;

public class JoinThread extends Thread

{

public static int n = 0 ;

public static synchronized void inc()

{

n ++ ;

}

public void run()

{

for ( int i = 0 ; i < 10 ; i ++ )

try

{

inc(); // n = n + 1 改成了 inc();

sleep( 3 ); // 為了使運(yùn)行結(jié)果更隨機(jī)，延遲3毫秒

}

catch (Exception e)

{

}

public static void main(String[] args) throws Exception

{

Thread threads[] = new Thread[ 100 ];

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 建立100個(gè)線程

threads[i] = new JoinThread();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 運(yùn)行剛才建立的100個(gè)線程

threads[i].start();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 100個(gè)線程都執(zhí)行完后繼續(xù)

threads[i].join();

System.out.println( " n= " + JoinThread.n);

}

package mythread;

public class JoinThread extends Thread

{

public static int n = 0 ;

public static synchronized void inc()

{

n ++ ;

}

public void run()

{

for ( int i = 0 ; i < 10 ; i ++ )

try

{

inc(); // n = n + 1 改成了 inc();

sleep( 3 ); // 為了使運(yùn)行結(jié)果更隨機(jī)，延遲3毫秒

}

catch (Exception e)

{

}

public static void main(String[] args) throws Exception

{

Thread threads[] = new Thread[ 100 ];

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 建立100個(gè)線程

threads[i] = new JoinThread();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 運(yùn)行剛才建立的100個(gè)線程

threads[i].start();

for ( int i = 0 ; i < threads.length; i ++ )

// 100個(gè)線程都執(zhí)行完后繼續(xù)

threads[i].join();

System.out.println( " n= " + JoinThread.n);

}

　　上面的代碼將n=n+1改成了inc()，其中inc方法使用了synchronized關(guān)鍵字進(jìn)行方法同步。因此，在使用volatile關(guān)鍵字時(shí)要慎重，并不是只要簡(jiǎn)單類型變量使用volatile修飾，對(duì)這個(gè)變量的所有操作都是原來操作，當(dāng)變量的值由自身的上一個(gè)決定時(shí)，如n=n+1、n++ 等，volatile關(guān)鍵字將失效，只有當(dāng)變量的值和自身上一個(gè)值無關(guān)時(shí)對(duì)該變量的操作才是原子級(jí)別的，如n = m + 1，這個(gè)就是原級(jí)別的。所以在使用volatile關(guān)鍵時(shí)一定要謹(jǐn)慎，如果自己沒有把握，可以使用synchronized來代替volatile。

posted on 2013-12-06 11:20 順其自然EVO 閱讀(220) 評(píng)論(0) 編輯收藏

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