JAVA并发学习之volatile

关于java并发编程的相关文章都是阅读了《java并发编程实战》之后的读书笔记总结,另外本文还参考和引用了Java 理论与实践: 正确使用 Volatile 变量

在java的锁机制中（例如synchronized），主要包含了两种特性，即原子性（互斥）和可见性。原子性即一次只允许一个线程能够持有某个特定的锁，并访问其代码块。因此原子性可以用于实现对共享数据对协调访问，一次只有一个线程可以访问其共享对象。

volatile保证可见性

java中的volatile关键字可以被认为是一种轻量级的synchronized机制，访问volatile变量的时候并不会执行加锁操作，不会导致线程阻塞，同时它又和锁机制一样，都具备可见性的特性（但是并不具备原子特性）。当把变量生命为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会把这个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其他处理器不可见的地方。因此在读取volatile变量的时候总是会返回最新写入的值。

volatile提供线程安全

volatile变量可以用于提供线程安全，但是必须同时满足以下两个条件:

• 对变量的写操作不依赖于当前的值

• 该变量没有包含在具有其他变量的不变式之中

正确使用volatile关键字

在使用volatile关键字的时候，要始终牢记一个原则－－只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile。

• 状态标识

  volatile变量可以作为一个布尔状态标识，用于指示发生一次重要性时间，例如停止线程等

  class Test {
      static volatile boolean isRunning;
  
      private static class TestThread extends Thread {
          public void run(){
              while(!isRunning){
                  System.out.println("the thread is still running");
              }
          }
      }
  
      public static void main (String[] args){
          new TestThread().start();
          try {
              Thread.sleep(2000);
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          }
          isRunning=true;
      }       
  }
  

  在上面的例子中，我们在isRunning这个布尔变量前面加上了volatile进行修饰，以确保在main线程当中对它的修改能够被我们开启的子线程所看到。（如果我们没有添加volatile关键字，有可能子线程会持续运行而看不到isRunning的值的改变）

• 一次性安全发布

  在缺乏同步的情况下，可能会遇到某个对象引用的更新值（由另一个线程写入）和该对象状态的旧值同时存在。通过使用volatile关键字，我们可以实现安全发布对象。

  public class BackgroundFloobleLoader {
      public volatile Flooble theFlooble;
  
      public void initInBackground() {
          theFlooble = new Flooble();  // this is the only write to theFlooble
      }
  }
  
  public class SomeOtherClass {
      public void doWork() {
          while (true) {
              // use the Flooble, but only if it is ready
              if (floobleLoader.theFlooble != null) 
                  doSomething(floobleLoader.theFlooble);
          }
      }
  }
  

  ⚠️上面的安全发布的必要条件是：被发布的对象必须是线程安全的，或者是有效的不可变对象（有效不可变意味着对象的状态在发布之后永远不会被修改）。volatile 类型的引用可以确保对象的发布形式的可见性，但是如果对象的状态在发布后将发生更改，那么就需要额外的同步。

• 独立观察

  定期发布观察结果供程序内部使用。如下面的例子所示：

  public class UserManager {
      public volatile String lastUser;
  
      public boolean authenticate(String user, String password){
          boolean valid = passwordIsValid(user, password);
          if (valid){
              User u = new User();
              activeUsers.add(u);
              lastUser = user;
          }
          return valid;
      }
  }
  

  ⚠️上面这种用例要求被发布的值是有效不可变的 —— 即值的状态在发布后不会更改

• 开销较低的读－写锁策略

  如果对于某个变量的值的读操作远远超过写操作，我们可以通过将内置锁（帮助我们实现操作的原子性）和volatile关键字相结合，实现开销较低的读－写锁。

  @ThreadSafe
  public class CheesyCounter {
      // Employs the cheap read-write lock trick
      // All mutative operations MUST be done with the 'this' lock held
      @GuardedBy("this");
      private volatile int value;
  
      public int getValue(){ return value;
  
      public synchronized int increment() {
          return value++;
      }
  }