java中volatile关键字的行为

Posted 2023-03-28

【中文标题】java中volatile关键字的行为

【英文标题】：behaviour of volatile keyword in java

【发布时间】：2012-04-01 01:38:48

【问题描述】：

我需要一些关于 Java 线程的 Volatile Keyword 的示例。

根据 volatile 关键字的定义，当变量声明为 volatile 时，线程将直接读取/写入变量内存，而不是从本地线程缓存读取/写入。

如果我错了，请纠正我。

因此，当我运行以下程序时，

public class ThreadRunnableBoth implements Runnable  
    private volatile int num =0;  

    public void run()  
        Thread t = Thread.currentThread();  
        String name = t.getName();

        for(int i=0; i<100; i++)
            if(name.equals("Thread1"))
                num=10;
                System.out.println("value of num 1 is :"+num);
            else
                num=15;
                System.out.println("value of num 2 is :"+num);  
              
        

      
    public static void main(String args[]) throws InterruptedException  
        Runnable r = new ThreadRunnableBoth();  
        Thread t1 = new Thread(r);  
        t1.setName("Thread1");

        Thread t2 = new Thread(r);  
        t2.setName("Thread2");  

        t1.start();  
        t2.start();  

      
  

我从某个站点获得了这些示例，当我尝试运行它时，我看不出删除 Volatile 或添加 Volatile 关键字有什么区别。

请解释一下删除和添加的区别。

非常感谢。

【参考方案1】：

有没有volatile关键字的主要区别在于你是否需要一个内存栅栏来安全地操作数据。

内存栅栏可防止由于乱序执行而在多个线程之间发生的副作用。通过指令CPU，编译器/运行时环境可以告诉CPU，在不破坏程序正确性的情况下，无法对读取的原始排序约束进行操作。

Read up on memory fences here，并记住解决方案的关键是一致性，而不是位置。读取请求可以在缓存处停止，只要保证缓存一致（通过 CPU 的内部机制）。

【参考方案2】：

根据 volatile 关键字的定义，它说，当变量是 声明为 volatile 然后线程将直接读/写变量 内存而不是从本地线程缓存读取/写入。

不一定。支持cache coherence 的系统可以使易失性字段保持最新，而无需从主存储器中读取。 Volatile 表示每个线程都会看到某个字段的最新值。

至于内存可见性，如果您删除 volatile 但您的程序可能会失败，您不一定会（立即）看到任何更改。它运行的时间越长，您最终看到的问题就越多。

【参考方案3】：

所以没有 volatile 关键字，线程只是在其本地内存缓存中打印num 的值。他们对num 的更改绝不会与其他线程对num 的视图同步。我看到如下输出：

value of num 1 is :10
value of num 2 is :15
value of num 1 is :10
value of num 2 is :15
value of num 1 is :10
value of num 2 is :15
...

使用volatile，它们都在更新和打印到相同的全局存储位置，并且设置/获取周围有内存屏障。但这不会改变非常受竞争条件影响的输出。我看到如下输出：

value of num 2 is :15
value of num 1 is :15
value of num 2 is :15
value of num 1 is :10
value of num 2 is :15
value of num 1 is :10
...

在打印值时，哪一组是最后一个。

您可能看不到此输出，因为您的处理器架构或 JRE 仅在 IO 事件上进行上下文切换，或者不提供完整的线程执行。如果您显示一些输出，那么我可以发表更多评论。

【参考方案4】：

volatile 变量的影响在multiprocessor 系统上很明显，其中不同的线程在不同的处理器上运行。在普通的单处理器系统上，影响可能并不明显。

这里是 good discussion thread 在这个网站上的同一主题。

【参考方案5】：

在您的示例中，num 以默认值 0 开头，然后您（在其声明行）将其分配给 0。如果num 不是volatile，那么这项分配将是一场数据竞赛，但你当然无法区分。

然后你只在一个线程中使用num，并且在一个线程中你总是会看到事情按照代码所说的顺序发生。所以在这种情况下，num 不必是 volatile。

现在，如果您修改了 main 方法，使其在线程启动后检查 t1.num（但没有检查它是否以创建发生前边缘的方式完成，例如 Thread.join），如果num 不稳定，您将面临数据竞争。您可以让 main 等待 5 天，但仍不能保证看到 num 与 0 不同。不仅如此，如果ThreadRunnableBoth 也有一个以false 开头的非易失性boolean 并在飞跃结束时设置为true，main 也可以看到boolean 为@ 987654341@（这意味着线程已经完成）但num 仍然在0！这是一场数据竞争，并且可能发生在（例如）多核机器上，其中布尔值在num 之前从本地寄存器中刷新。在此示例中，同时创建num 和布尔值volatile 将确保如果boolean 为真，则num == 0 || num == 15。

但关键在于：即使没有 volatile 关键字——也就是说，即使存在数据竞争——你也不能保证看到不正当的行为。也就是说，数据竞赛说你不能保证你会在另一个线程中看到变化——但它不能保证你不会。可能是它在你的机器上运行 100 次就好了，然后有人把它放在一个 8 核的机器上，它是一个更复杂的程序的一部分，所以它得到了不同的优化，然后事情就坏了。

【参考方案6】：

大部分讨论都是关于硬件的。实际上编译器优化通常更相关。您正在以一种小方法重复访问一个字段，所以让我们将它放入一个寄存器中。改变物理内存不会改变寄存器中的值。

虽然（“新”，但多年前）Java 内存模型（JMM）不像旧的那样谈论主内存，也不提供进度保证（很难实际指定），实现 volatile /happens-before 规范将导致从寄存器中逐出并在线程之间进行同步。