对可变对象使用 volatile 关键字

Question

在 Java 中，我知道 volatile 关键字提供了变量的可见性。问题是，如果变量是对可变对象的引用，volatile 是否也提供对该对象内部成员的可见性？

在下面的示例中，如果多个线程正在访问volatile Mutable m 并更改value，它是否正常工作？

例子

class Mutable {
    private int value;
    public int get()
    {
        return a;
    }
    public int set(int value)
    {
        this.value = value;
    }
}

class Test {
    public volatile Mutable m;
}

Answer 1

这是对 volatile 的一些细节的旁注解释。写在这里是因为评论太多了。我想举一些例子来说明 volatile 如何影响可见性，以及在 jdk 1.5 中如何改变。

给出以下示例代码：

public class MyClass
{
  private int _n;
  private volatile int _volN;

  public void setN(int i) {
    _n = i;
  }
  public void setVolN(int i) {
    _volN = i;
  }
  public int getN() { 
    return _n; 
  }
  public int getVolN() { 
    return _volN; 
  }

  public static void main() {
    final MyClass mc = new MyClass();

    Thread t1 = new Thread() {
      public void run() {
        mc.setN(5);
        mc.setVolN(5);
      }
    };

    Thread t2 = new Thread() {
      public void run() {
        int volN = mc.getVolN();
        int n = mc.getN();
        System.out.println("Read: " + volN + ", " + n);
      }
    };

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

此测试代码的行为在 jdk1.5+ 中定义良好，但在 jdk1.5 之前没有定义良好。

在 jdk1.5 之前的世界中，易失性访问和非易失性访问之间没有明确的关系。因此，该程序的输出可能是：

1. 读取：0, 0
2. 读取：0、5
3. 读取：5, 0
4. 阅读：5、5

在 jdk1.5+ 世界中，volatile 的语义发生了变化，因此 volatile 访问影响非易失性访问的方式与同步完全相同。因此，在 jdk1.5+ 世界中只有某些输出是可能的：

1. 读取：0, 0
2. 读取：0、5
3. 读取：5, 0
4. 阅读：5、5

输出 3. 是不可能的，因为从 volatile _volN 读取“5”会在 2 个线程之间建立一个同步点，这意味着在分配给 _volN 之前从 t1 执行的所有操作必须对 t2 可见。

进一步阅读：

• Fixing the java memory model, part 1
• Fixing the java memory model, part 2

Answer 2

在您的示例中，volatile 关键字仅保证任何线程写入“m”的最后一个引用对于随后读取“m”的任何线程都是可见的。

它不保证您的get()。

所以使用以下顺序：

Thread-1: get()     returns 2
Thread-2: set(3)
Thread-1: get()    

你得到 2 而不是 3 是完全合法的。volatile 不会改变任何东西。

但是，如果您将 Mutable 类更改为：

class Mutable {
    private volatile int value;
    public int get()
    {
        return a;
    }
    public int set(int value)
    {
        this.value = value;
    }
}

那么保证来自 Thread-1 的第二个get() 应该返回 3。

但请注意，volatile 通常不是最好的同步方法。

在您简单的 get/set 示例（我知道这只是一个示例）中，使用适当的同步并实际提供有用的方法，像 AtomicInteger 这样的类会更好。

Answer 3

volatile 仅提供对声明为 Object 的引用的保证。该实例的成员不会同步。

根据Wikipedia，你有：

• （在所有 Java 版本中）读取和 写入 volatile 变量。这 意味着每个线程访问一个 volatile 字段将读取其当前 继续之前的价值，而不是 （可能）使用缓存值。 （但是，不能保证 volatile 的相对排序 通过常规读取进行读取和写入 并写，意思是 通常不是有用的线程 构造。）
• （在 Java 5 或更高版本中）易失性读取和写入建立发生前 关系，很像获取和 释放互斥体。

所以基本上你所拥有的是通过声明字段volatile，与之交互创建一个“同步点”，之后任何更改都将在其他线程中可见。但在那之后，使用get() 或set() 是不同步的。 Java Spec有更详尽的解释。

Answer 4

使用volatile 而不是完整的synchronized 值本质上是一种优化。与synchronized 访问相比，为volatile 值提供的保证较弱，因此优化。过早的优化是万恶之源；在这种情况下，邪恶可能很难追踪，因为它会以竞争条件等形式出现。所以如果你需要问，你可能不应该使用它。

Answer 5

volatile 不“提供可见性”。它的唯一作用是防止处理器缓存变量，从而为并发读取和写入提供发生前的关系。它不影响对象的成员，也不提供任何同步synchronized锁定。

由于您没有告诉我们代码的“正确”行为是什么，因此无法回答问题。