多线程同步：正确使用 Volatile 变量

Java语言包含两种内在的同步机制：同步块（或方法）和 volatile 变量。与 synchronized 块相比，volatile 变量所需的编码较少，并且运行时开销也较少，但是不具备原子特性。

   只能在有限的一些情形下使用 volatile 变量替代锁。要使 volatile 变量提供理想的线程安全，必须同时满足下面两个条件：

1、对变量的写操作不依赖于当前值。

2、该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。

例一：状态标志模式

volatile boolean shutdownRequested;

...

public void shutdown() {

    shutdownRequested = true;

}

public void doWork() {

    while (!shutdownRequested) {

        // do stuff

   }

}

注：很可能会从循环外部调用 shutdown() 方法 ―― 即在另一个线程中 ―― 因此，需要执行某种同步来确保正确实现 shutdownRequested 变量的可见性。然而，使用 synchronized块编写循环要比使用 volatile 状态标志编写麻烦很多。由于 volatile 简化了编码，并且状态标志并不依赖于程序内任何其他状态，因此此处非常适合使用 volatile。

例二：一次性安全发布模式

public class BackgroundFloobleLoader {

    public volatile Flooble theFlooble;

    public void initInBackground() {

        // do lots of stuff

        theFlooble = new Flooble();  // this is the only write to theFlooble

   }

}

public class SomeOtherClass {

    public void doWork() {

        while (true) {

        // do some stuff...

        // use the Flooble, but only if it is ready

        if (floobleLoader.theFlooble != null)

            doSomething(floobleLoader.theFlooble);

        }

   }

}

注：如果 theFlooble 引用不是 volatile 类型，doWork() 中的代码在解除对 theFlooble 的引用时，将会得到一个不完全构造的 Flooble。（对象引用在没有同步的情况下进行读操作，产生的问题是可能会看到一个更新的引用，但是仍然会通过该引用看到不完全构造的对象）

该模式的一个必要条件是：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。

例三：独立观察模式

安全使用 volatile 的另一种简单模式是：定期 “发布” 观察结果供程序内部使用。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。

例四：“volatile bean” 模式

在 volatile bean 模式中，JavaBean 的所有数据成员都是 volatile 类型的，并且 getter 和 setter 方法必须非常普通 ―― 除了获取或设置相应的属性外，不能包含任何逻辑。此外，对于对象引用的数据成员，引用的对象必须是有效不可变的。（这将禁止具有数组值的属性，因为当数组引用被声明为 volatile 时，只有引用而不是数组本身具有 volatile 语义）。对于任何 volatile 变量，不变式或约束都不能包含 JavaBean 属性。volatile bean 模式的基本原理是：很多框架为易变数据的持有者（例如 HttpSession）提供了容器，但是放入这些容器中的对象必须是线程安全的。

例五：开销较低的读－写锁策略模式

public class CheesyCounter {

   private volatile int value;

   public int getValue() {

        return value;

   }

   public synchronized int increment() {

        return value++;

   }

}

注：如果读操作远远超过写操作，您可以结合使用内部锁和 volatile 变量来减少公共代码路径的开销。线程安全的计数器使用synchronized 确保增量操作是原子的，并使用 volatile 保证当前结果的可见性。如果更新不频繁的话，该方法可实现更好的性能，因为读路径的开销仅仅涉及 volatile 读操作，这通常要优于一个无竞争的锁获取的开销。