介紹

把代碼塊聲明為 synchronized，有兩個(gè)重要后果，通常是指該代碼具有 原子性（atomicity）和 可見(jiàn)性（visibility）。

• 原子性意味著個(gè)時(shí)刻，只有一個(gè)線(xiàn)程能夠執(zhí)行一段代碼，這段代碼通過(guò)一個(gè)monitor object保護(hù)。從而防止多個(gè)線(xiàn)程在更新共享狀態(tài)時(shí)相互沖突。 所謂原子性操作是指不會(huì)被線(xiàn)程調(diào)度機(jī)子打斷的操作，這種操作一旦開(kāi)始，就一直到幸運(yùn)星結(jié)束，中間不會(huì)有任何切換（切換線(xiàn)程）。
• 可見(jiàn)性則更為微妙，它必須確保釋放鎖之前對(duì)共享數(shù)據(jù)做出的更改對(duì)于隨后獲得該鎖的另一個(gè)線(xiàn)程是可見(jiàn)的。 —— 如果沒(méi)有同步機(jī)制提供的這種可見(jiàn)性保證，線(xiàn)程看到的共享變量可能是修改前的值或不一致的值，這將引發(fā)許多嚴(yán)重問(wèn)題。

volatile的使用條件：

volatile變量具有 synchronized 的可見(jiàn)性特性，但是不具備原子性。這就是說(shuō)線(xiàn)程能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn) volatile 變量的最新值。

volatile變量可用于提供線(xiàn)程安全，但是只能應(yīng)用于非常有限的一組用例：多個(gè)變量之間或者某個(gè)變量的當(dāng)前值與修改后值之間沒(méi)有約束。因此，單獨(dú)使用 volatile 還不足以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器、互斥鎖或任何具有與多個(gè)變量相關(guān)的不變式（Invariants）的類(lèi)（例如 “start <=end”）。

出于簡(jiǎn)易性或可伸縮性的考慮，您可能傾向于使用 volatile 變量而不是鎖。當(dāng)使用 volatile 變量而非鎖時(shí)，某些習(xí)慣用法（idiom）更加易于編碼和閱讀。此外，volatile 變量不會(huì)像鎖那樣造成線(xiàn)程阻塞，因此也很少造成可伸縮性問(wèn)題。在某些情況下，如果讀操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寫(xiě)操作，volatile 變量還可以提供優(yōu)于鎖的性能優(yōu)勢(shì)。

使用條件

您只能在有限的一些情形下使用 volatile 變量替代鎖。要使 volatile 變量提供理想的線(xiàn)程安全，必須同時(shí)滿(mǎn)足下面兩個(gè)條件：

• 對(duì)變量的寫(xiě)操作不依賴(lài)于當(dāng)前值。
• 該變量沒(méi)有包含在具有其他變量的不變式中。

實(shí)際上，這些條件表明，可以被寫(xiě)入 volatile 變量的這些有效值獨(dú)立于任何程序的狀態(tài)，包括變量的當(dāng)前狀態(tài)。

第一個(gè)條件的限制使 volatile 變量不能用作線(xiàn)程安全計(jì)數(shù)器。雖然增量操作（x++）看上去類(lèi)似一個(gè)單獨(dú)操作，實(shí)際上它是一個(gè)由（讀取－修改－寫(xiě)入）操作序列組成的組合操作，必須以原子方式執(zhí)行，而 volatile 不能提供必須的原子特性。實(shí)現(xiàn)正確的操作需要使x 的值在操作期間保持不變，而 volatile 變量無(wú)法實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。（然而，如果只從單個(gè)線(xiàn)程寫(xiě)入，那么可以忽略第一個(gè)條件。）

反例

大多數(shù)編程情形都會(huì)與這兩個(gè)條件的其中之一沖突，使得 volatile 變量不能像 synchronized 那樣普遍適用于實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程安全。

【反例：volatile變量不能用于約束條件中】 下面是一個(gè)非線(xiàn)程安全的數(shù)值范圍類(lèi)。它包含了一個(gè)不變式 —— 下界總是小于或等于上界。

public class NumberRange { private volatile int lower;private volatile int upper; public int getLower() { return lower; } public int getUpper() { return upper; } public void setLower(int value) { if (value > upper) throw new IllegalArgumentException(...); lower = value; } public void setUpper(int value) { if (value < lower) throw new IllegalArgumentException(...); upper = value; } }

將 lower 和 upper 字段定義為 volatile 類(lèi)型不能夠充分實(shí)現(xiàn)類(lèi)的線(xiàn)程安全；而仍然需要使用同步——使 setLower()和 setUpper() 操作原子化。

否則，如果湊巧兩個(gè)線(xiàn)程在同一時(shí)間使用不一致的值執(zhí)行 setLower 和 setUpper 的話(huà)，則會(huì)使范圍處于不一致的狀態(tài)。例如，如果初始狀態(tài)是(0, 5)，同一時(shí)間內(nèi)，線(xiàn)程 A 調(diào)用setLower(4) 并且線(xiàn)程 B 調(diào)用setUpper(3)，顯然這兩個(gè)操作交叉存入的值是不符合條件的，那么兩個(gè)線(xiàn)程都會(huì)通過(guò)用于保護(hù)不變式的檢查，使得最后的范圍值是(4, 3) —— 一個(gè)無(wú)效值。

volatile的適用場(chǎng)景

模式 #1：狀態(tài)標(biāo)志

也許實(shí)現(xiàn) volatile 變量的規(guī)范使用僅僅是使用一個(gè)布爾狀態(tài)標(biāo)志，用于指示發(fā)生了一個(gè)重要的一次性事件，例如完成初始化或請(qǐng)求停機(jī)。

volatile boolean shutdownRequested; ... public void shutdown() { shutdownRequested = true; } public void doWork() { while (!shutdownRequested) { // do stuff } }

線(xiàn)程1執(zhí)行doWork()的過(guò)程中，可能有另外的線(xiàn)程2調(diào)用了shutdown，所以boolean變量必須是volatile。

而如果使用 synchronized 塊編寫(xiě)循環(huán)要比使用 volatile 狀態(tài)標(biāo)志編寫(xiě)麻煩很多。由于 volatile 簡(jiǎn)化了編碼，并且狀態(tài)標(biāo)志并不依賴(lài)于程序內(nèi)任何其他狀態(tài)，因此此處非常適合使用 volatile。

這種類(lèi)型的狀態(tài)標(biāo)記的一個(gè)公共特性是：通常只有一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換；shutdownRequested 標(biāo)志從false 轉(zhuǎn)換為true，然后程序停止。這種模式可以擴(kuò)展到來(lái)回轉(zhuǎn)換的狀態(tài)標(biāo)志，但是只有在轉(zhuǎn)換周期不被察覺(jué)的情況下才能擴(kuò)展（從false 到true，再轉(zhuǎn)換到false）。此外，還需要某些原子狀態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)制，例如原子變量。

模式 #2：一次性安全發(fā)布（one-time safe publication）

在缺乏同步的情況下，可能會(huì)遇到某個(gè)對(duì)象引用的更新值（由另一個(gè)線(xiàn)程寫(xiě)入）和該對(duì)象狀態(tài)的舊值同時(shí)存在。

這就是造成著名的雙重檢查鎖定（double-checked-locking）問(wèn)題的根源，其中對(duì)象引用在沒(méi)有同步的情況下進(jìn)行讀操作，產(chǎn)生的問(wèn)題是您可能會(huì)看到一個(gè)更新的引用，但是仍然會(huì)通過(guò)該引用看到不完全構(gòu)造的對(duì)象。如下面介紹的單例模式。

private static Singleton instace; public static Singleton getInstance(){ //第一次null檢查 if(instance == null){ synchronized(Singleton.class) { //1 //第二次null檢查 if(instance == null){ //2 instance = new Singleton();//3 } } } return instance; }

模式 #3：獨(dú)立觀察（independent observation）

安全使用 volatile 的另一種簡(jiǎn)單模式是：定期 “發(fā)布” 觀察結(jié)果供程序內(nèi)部使用。【例如】假設(shè)有一種環(huán)境傳感器能夠感覺(jué)環(huán)境溫度。一個(gè)后臺(tái)線(xiàn)程可能會(huì)每隔幾秒讀取一次該傳感器，并更新包含當(dāng)前文檔的 volatile 變量。然后，其他線(xiàn)程可以讀取這個(gè)變量，從而隨時(shí)能夠看到最新的溫度值。

使用該模式的另一種應(yīng)用程序就是收集程序的統(tǒng)計(jì)信息。

【例】如下代碼展示了身份驗(yàn)證機(jī)制如何記憶最近一次登錄的用戶(hù)的名字。將反復(fù)使用lastUser 引用來(lái)發(fā)布值，以供程序的其他部分使用。（主要利用了volatile的可見(jiàn)性）

public class UserManager { public volatile String lastUser; //發(fā)布的信息 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; } }

模式 #4：“volatile bean” 模式

volatile bean 模式的基本原理是：很多框架為易變數(shù)據(jù)的持有者（例如 HttpSession）提供了容器，但是放入這些容器中的對(duì)象必須是線(xiàn)程安全的。

在 volatile bean 模式中，JavaBean 的所有數(shù)據(jù)成員都是 volatile 類(lèi)型的，并且 getter 和 setter 方法必須非常普通——即不包含約束！

public class Person { private volatile String firstName; private volatile String lastName; private volatile int age; public String getFirstName() { return firstName; } public String getLastName() { return lastName; } public int getAge() { return age; } public void setFirstName(String firstName) { this.firstName = firstName; } public void setLastName(String lastName) { this.lastName = lastName; } public void setAge(int age) { this.age = age; } }

模式 #5：開(kāi)銷(xiāo)較低的“讀－寫(xiě)鎖”策略

如果讀操作遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)寫(xiě)操作，您可以結(jié)合使用內(nèi)部鎖和 volatile 變量來(lái)減少公共代碼路徑的開(kāi)銷(xiāo)。

如下顯示的線(xiàn)程安全的計(jì)數(shù)器，使用 synchronized 確保增量操作是原子的，并使用 volatile 保證當(dāng)前結(jié)果的可見(jiàn)性。如果更新不頻繁的話(huà)，該方法可實(shí)現(xiàn)更好的性能，因?yàn)樽x路徑的開(kāi)銷(xiāo)僅僅涉及 volatile 讀操作，這通常要優(yōu)于一個(gè)無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的鎖獲取的開(kāi)銷(xiāo)。

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; //讀操作，沒(méi)有synchronized，提高性能 public int getValue() { return value; } //寫(xiě)操作，必須synchronized。因?yàn)閤++不是原子操作 public synchronized int increment() { return value++; } }

使用鎖進(jìn)行所有變化的操作，使用 volatile 進(jìn)行只讀操作。
其中，鎖一次只允許一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)值，volatile 允許多個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行讀操作。

單例模式

定義：

確保某個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)全局訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)。

類(lèi)圖：

public class Singleton{ private static final Singleton instance; private Singleton(){ } public static Singleton getInstance(){ if(instance == null){ //1 instance = new Singleton();//2 } return instance; //3 } ... }

優(yōu)點(diǎn)：

內(nèi)存中只有一個(gè)對(duì)象，減少內(nèi)存開(kāi)支；

單例可避免對(duì)資源的多重占用，例如寫(xiě)文件動(dòng)作，可避免對(duì)同一資源文件的同時(shí)寫(xiě)操作。

缺點(diǎn)：

單例模式一般沒(méi)有接口，擴(kuò)展很困難； ——單例并不是用來(lái)繼承的。

不利于測(cè)試，并行開(kāi)發(fā)時(shí)，若單例未完成，則不能進(jìn)行測(cè)試；

與單一職責(zé)原則沖突，把“要單例”和業(yè)務(wù)邏輯融合在一個(gè)類(lèi)中。

使用場(chǎng)景：

若出現(xiàn)多個(gè)對(duì)象就會(huì)出現(xiàn)“不良反應(yīng)”，應(yīng)該用單例，具體場(chǎng)景如下：

要求生成唯一序列號(hào)的環(huán)境；

在整個(gè)項(xiàng)目中需要一個(gè)共享訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)或共享數(shù)據(jù)。例如頁(yè)面計(jì)數(shù)器；

創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過(guò)多時(shí)；

需要定義大量的靜態(tài)常量和靜態(tài)方法的環(huán)境。

為什么不直接用全局變量來(lái)實(shí)現(xiàn)單例？

有缺點(diǎn)：全局變量必須在程序一開(kāi)始就創(chuàng)建好。而單例模式可以延遲初始化。

類(lèi)加載器對(duì)單例的影響：

不同的類(lèi)加載器可能會(huì)加載同一個(gè)類(lèi)。

如果程序有多個(gè)類(lèi)加載器，可在單例中指定某個(gè)加載器，并指定同一個(gè)加載器。

多線(xiàn)程的影響：

上文代碼示例在多線(xiàn)程環(huán)境下有bug：

線(xiàn)程 1 調(diào)用 getInstance() 方法并決定 instance 在 //1 處為null。

線(xiàn)程 1 進(jìn)入 if 代碼塊，但在執(zhí)行 //2 處的代碼行時(shí)被線(xiàn)程 2 預(yù)占。

線(xiàn)程 2 調(diào)用 getInstance() 方法并在 //1 處決定 instance 為 null。

線(xiàn)程 2 進(jìn)入 if 代碼塊并創(chuàng)建一個(gè)新的 Singleton 對(duì)象并在 //2 處將變量instance 分配給這個(gè)新對(duì)象。

線(xiàn)程 2 在 //3 處返回 Singleton 對(duì)象引用。

線(xiàn)程 2 被線(xiàn)程 1 預(yù)占。

線(xiàn)程 1 在它停止的地方啟動(dòng)，并執(zhí)行 //2 代碼行，這導(dǎo)致創(chuàng)建另一個(gè) Singleton 對(duì)象。

線(xiàn)程 1 在 //3 處返回這個(gè)對(duì)象。

結(jié)果是 getInstance() 方法創(chuàng)建了兩個(gè) Singleton 對(duì)象。

解決方法一：不用延遲初始化

public class Singleton{ private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton(){ } public static Singleton getInstance(){ return instance; } ... }

解決方法二：同步getInstance

public class Singleton{ private static final Singleton instance; private Singleton(){ } //同步getInstance public static synchronized Singleton getInstance(){ if(instance == null){ //1 instance = new Singleton();//2 } return instance; //3 } ... }

但是synchronized方法會(huì)降低性能，尤其這里僅當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用getInstance時(shí)才需要同步，只有執(zhí)行//2代碼行時(shí)才需要同步。

你可能想到只同步方法塊，即只對(duì)//2進(jìn)行同步：

public static Singleton getInstance(){ if(instance == null){ synchronized(Singleton.class) { instance = new Singleton(); } } return instance; }

但這樣做并不能解決問(wèn)題：
當(dāng) instance 為 null 時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)程可以并發(fā)地進(jìn)入if 語(yǔ)句內(nèi)部。
然后，一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入 synchronized 塊來(lái)初始化 instance，而另一個(gè)線(xiàn)程則被阻斷。

??? 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線(xiàn)程退出 synchronized 塊時(shí)，等待著的線(xiàn)程進(jìn)入并創(chuàng)建另一個(gè)Singleton 對(duì)象。

注意：當(dāng)?shù)诙€(gè)線(xiàn)程進(jìn)入 synchronized 塊時(shí)，它并沒(méi)有檢查 instance 是否非 null。
還是會(huì)創(chuàng)建2個(gè)對(duì)象。

解決方法三：雙重檢查加鎖

針對(duì)上述方法的缺點(diǎn)，我們?cè)?/2代碼行時(shí) 再檢查一次null，就能保證只創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象：

private static Singleton instace; public static Singleton getInstance(){ //第一次null檢查 if(instance == null){ synchronized(Singleton.class) { //1 //第二次null檢查 if(instance == null){ //2 instance = new Singleton();//3 } } } return instance;}

假設(shè)有下列事件序列：

線(xiàn)程 1 進(jìn)入 getInstance() 方法。

由于 instance 為 null，線(xiàn)程 1 在 //1 處進(jìn)入synchronized 塊。

線(xiàn)程 1 被線(xiàn)程 2 預(yù)占。

線(xiàn)程 2 進(jìn)入 getInstance() 方法。

由于 instance 仍舊為 null，線(xiàn)程 2 試圖獲取 //1 處的鎖。然而，由于線(xiàn)程 1 持有該鎖，線(xiàn)程 2 在 //1 處阻塞。

線(xiàn)程 2 被線(xiàn)程 1 預(yù)占。

線(xiàn)程 1 執(zhí)行，由于在 //2 處實(shí)例仍舊為 null，線(xiàn)程 1 還創(chuàng)建一個(gè)Singleton 對(duì)象并將其引用賦值給instance(由于java執(zhí)行的無(wú)序性，可能賦值時(shí)只是占用內(nèi)存空間（此時(shí)instance已經(jīng)為非null，鎖松開(kāi)，由于無(wú)序性，還沒(méi)有來(lái)得及初始化，線(xiàn)程2已經(jīng)取得instance對(duì)象），還沒(méi)有根據(jù)構(gòu)造函數(shù)初始化)。

線(xiàn)程 1 退出 synchronized 塊并從 getInstance() 方法返回實(shí)例。

線(xiàn)程 1 被線(xiàn)程 2 預(yù)占。

線(xiàn)程 2 獲取 //1 處的鎖并檢查 instance 是否為 null。

由于 instance 是非 null 的，并沒(méi)有創(chuàng)建第二個(gè)Singleton 對(duì)象，由線(xiàn)程 1 創(chuàng)建的對(duì)象被返回，此時(shí)返回對(duì)象可能是是一個(gè)構(gòu)造完整卻沒(méi)有完全初始化的對(duì)象。

線(xiàn)程1繼續(xù)執(zhí)行完成對(duì)象的初始化，由于instance是volatile類(lèi)型的，所以instance變量對(duì)所有線(xiàn)程共享可見(jiàn)，所以線(xiàn)程2可以得到一個(gè)完整初始化的對(duì)象。

對(duì)于上面解說(shuō)的賦值，卻沒(méi)有初始化的原因，是由于java變量重新賦值時(shí)有3個(gè)步驟的（讀取，修改，回寫(xiě)）

代碼行 instance =new Singleton(); 執(zhí)行了下列偽代碼

1. mem = allocate(); //Allocate memory for Singleton object. 2. instance = mem; //Note that instance is now non-null, but//has not been initialized. 3. ctorSingleton(instance); //Invoke constructor for Singleton passing//instance.

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/ouyxy/p/7242563.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的volatile的适用场景的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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