使用 volatile long 有什么意义吗？

Question

我偶尔会使用volatile 实例变量，因为我有两个线程读取/写入它并且不希望获取锁的开销（或潜在的死锁风险）；例如，一个计时器线程定期更新一个 int ID，该 ID 作为某个类的 getter 公开：

public class MyClass {
  private volatile int id;

  public MyClass() {
    ScheduledExecutorService execService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
    execService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
      public void run() {
        ++id;
      }
    }, 0L, 30L, TimeUnit.SECONDS);
  }

  public int getId() {
    return id;
  }
}

我的问题：鉴于 JLS 仅保证 32 位读取将是原子的，曾经使用 volatile long 有什么意义吗？ （即 64 位）。

警告：请不要回复说使用volatile 而不是synchronized 是预优化的情况；我很清楚如何/何时使用synchronized，但在某些情况下volatile 更可取。例如，在定义用于单线程应用程序的 Spring bean 时，我倾向于使用 volatile 实例变量，因为不能保证 Spring 上下文会在主线程中初始化每个 bean 的属性。

Answer 1

这可以通过例子来证明

• 不断切换两个字段，一个标记为易失性，一个不在所有位设置和所有位清除之间
• 在另一个线程上读取字段值
• 看到 foo 字段（不受 volatile 保护）可以在不一致的状态下读取，这不会发生在使用 volatile 保护的 bar 字段中

代码

public class VolatileTest {
    private long foo;
    private volatile long bar;
    private static final long A = 0xffffffffffffffffl;
    private static final long B = 0;
    private int clock;
    public VolatileTest() {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    foo = clock % 2 == 0 ? A : B;
                    bar = clock % 2 == 0 ? A : B;
                    clock++;
                }
            }

        }).start();
        while (true) {
            long fooRead = foo;
            if (fooRead != A && fooRead != B) {
                System.err.println("foo incomplete write " + Long.toHexString(fooRead));
            }
            long barRead = bar;
            if (barRead != A && barRead != B) {
                System.err.println("bar incomplete write " + Long.toHexString(barRead));
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new VolatileTest();
    }
}

输出

foo incomplete write ffffffff00000000
foo incomplete write ffffffff00000000
foo incomplete write ffffffff
foo incomplete write ffffffff00000000

请注意，这只发生在我在 32 位 VM 上运行时，在 64 位 VM 上，我在几分钟内无法得到一个错误。

Answer 2

“volatile”有多种用途：

• 保证原子写入双/长
• 保证当线程 A 看到线程 B 对 volatile 变量所做的更改时，线程 A 还可以看到线程 B 在更改为 volatile 变量之前所做的所有其他更改（考虑在设置细胞本身）。
• 基于只有一个线程可以更改变量的假设阻止编译器优化（想想紧密循环while (l != 0) {}。

还有吗？

Answer 3

不确定我是否正确理解了您的问题，但JLS 8.3.1.4. volatile Fields 声明：

一个字段可能被声明为 volatile，在这种情况下，Java 内存模型确保所有线程都能看到变量的一致值 (§17.4)。

也许更重要的是，JLS 17.7 Non-atomic Treatment of double and long：

17.7双长的非原子处理
[...]
出于 Java 编程语言内存模型的目的，对非易失性 long 或 double 值的单次写入被视为两次单独的写入：每个 32 位一半。这可能会导致线程从一次写入中看到 64 位值的前 32 位，而从另一次写入中看到后 32 位。 volatile long 和 double 值的写入和读取始终是原子的。 引用的写入和读取始终是原子的，无论它们是作为 32 位还是 64 位值实现的。

也就是说，“整个”变量受到 volatile 修饰符的保护，而不仅仅是两个部分。这诱使我声称对longs 使用volatile 比对ints 使用更重要，因为甚至读取对于非不稳定的多头/双打。