在同步块中写入易失性数组的必要性

Question

关于 JMM 的问题以及关于在同步块中写入但未同步读取的 volatile 字段的语义。

在以下代码的初始版本中，我没有同步访问，因为它对于早期的要求是不必要的（并且滥用自赋值 this.cache = this.cache 确保了易失性写入语义）。某些要求已更改，需要同步以确保不会发送重复的更新。我的问题是同步块是否排除需要 volatile 字段的自分配？

  // Cache of byte[] data by row and column.
  private volatile byte[][][] cache;

  public byte[] getData(int row, int col)
  {
    return cache[row][col];
  }

  public void updateData(int row, int col, byte[] data)
  {
    synchronized(cache)
    {
      if (!Arrays.equals(data,cache[row][col]))
      {
        cache[row][col] = data;

        // Volatile write.
        // The below line is intentional to ensure a volatile write is
        // made to the array, since access via getData is unsynchronized.
        this.cache = this.cache;

        // Notification code removed
        // (mentioning it since it is the reason for synchronizing).
      }
    }
  }

如果没有同步，我认为自赋值 volatile 写入在技术上是必要的（尽管 IDE 将其标记为无效）。对于同步块，我认为它仍然是必要的（因为读取是不同步的），但我只是想确认一下，因为如果实际上不需要它，它在代码中看起来很荒谬。我不确定在同步块结束和易失性读取之间是否有任何我不知道的保证。

Answer 1

自赋值确保另一个线程将读取设置的数组引用，而不是另一个数组引用。但是你可能有一个线程修改数组，而另一个线程读取它。

对数组的读取和写入都应该同步。此外，我不会盲目地将数组存储到/从缓存中返回。数组是可变的、非线程安全的数据结构，任何线程都可能通过改变数组来破坏缓存。您应该考虑创建防御性副本，和/或返回不可修改的列表而不是字节数组。

Answer 2

对易失性数组的索引写入实际上没有记忆效应。也就是说，如果您已经实例化了数组，那么将字段声明为 volatile 不会为您提供在分配给数组中的元素时要寻找的内存语义。

换句话说

private volatile byte[][]cache = ...;
cache[row][col] = data;

具有与

相同的内存语义

private final byte[][]cache = ...;
cache[row][col] = data;

因此，您必须对阵列的所有读取和写入进行同步。当我说“相同的内存语义”时，我的意思是不能保证线程会读取cache[row][col]的最新值

Answer 3

是的，根据 Java 内存模型，您仍然需要 volatile 写入。 解锁cache没有同步顺序 到cache 的后续易失性读取： unlock -> volatileRead 不保证可见性。 您需要 unlock -> lock 或 volatileWrite -> volatileRead。

但是，真正的 JVM 具有更强的内存保证。通常 unlock 和 volatileWrite 具有相同的记忆效应（即使它们在不同的变量上）；与 lock 和 volatileRead 相同。

所以我们在这里进退两难。典型的建议是您应该严格遵守规范。除非你对这件事有非常广泛的了解。例如，JDK 代码可能使用了一些理论上不正确的技巧；但代码针对的是特定的 JVM，作者是专家。

额外的 volatile 写入的相对开销似乎并没有那么大。

您的代码正确且高效；但是它超出了典型模式；我会稍微调整一下：

  private final    byte[][][] cacheF = new ...;  // dimensions fixed?
  private volatile byte[][][] cacheV = cacheF;

  public byte[] getData(int row, int col)
  {
    return cacheV[row][col];
  }

  public void updateData(int row, int col, byte[] data)
  {
    synchronized(cacheF)
    {
      if (!Arrays.equals(data,cacheF[row][col]))
      {
        cacheF[row][col] = data;

        cacheV = cacheF; 
      }
    }
  }