Java Volatile 的应用场景

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陈振阳Plus 2022-10-28 10:55:51 博主文章分类：Concurrency

4.4 volatile的应用场景

4.4.1 正确使用volatile条件

条件一：写入变量时并不依赖变量的当前值；或者能够确保只有单一线程能够修改变量的值
条件二：变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束
条件三：变量访问不需要额外加锁
通俗点：当一个变量依赖其他变量或变量的新值依赖旧值时，不能用volatile

4.4.2 volatile使用场景

适用场合：多个线程读，一个线程写的场合
使用场景：通常被作为标识完成、中断、状态的标记，值变化应具有原子性
充分利用其可见性：即volatile能够保证在读取的那个时刻读到的肯定是最新值
重点声明： volatile主要使用的场合是在多线程中可以感知实例变量被变更了，并且可以获得最新的值使用，也就是用多线程读取共享变量时可以获得最新值使用，但不能保证你在使用最新值过程中最新值不发生变化！很可能在使用之后，最新值已经变更。原数据变成过期数据，这时候就会出现数据不一致（非同步）的问题

4.4.3 正确使用volatile

状态标志

//使用：作为一个布尔状态标志，用于指示发生了一个重要的一次性事件，例如完成初始化或任务结束
//使用理由：状态标志并不依赖于程序内任何其他状态，且通常只有一种状态转换

//例子：判断业务是否结束
volatile boolean isOk = false;
public void isOk() { isOk = true; }
 public void doWork() { 
    //循环监听状态位变化
    while (!isOk) { 
        // do work
    }
}

独立观察

//使用：将 volatile变量用于多个独立观察结果的发布
//特点：是"状态标志"的拓展，该值随时会发生变化，同时会被反复使用，前者一般就是用一次

//使用理由：只是简单的赋值操作，不会做复合操作
//例子：将新节点作为最后一个节点
class CustomLinkedList{
    public volatile Node lastNode;
    .....
    public void add() {
        Node node = new Node();
        .....
        lastNode = node;//将新节点作为最后一个节点
    }
}

开销较低的读－写锁策略

//使用：当读远多于写，结合使用内部锁和 volatile 变量来减少同步的开销
//使用理由：利用volatile保证读取操作的可见性；利用synchronized保证复合操作的原子性

@ThreadSafe
public class Counter {
    private volatile int value;
    public int getValue() { return value; }//利用volatile保证读取操作的可见性
    public synchronized int increment() { //利用synchronized保证复合操作的原子性
        return value++;
    }
}

一次性安全发布

//双重检查锁定：实现线程安全的延迟初始化，同时降低同步开销

//    1.多线程并发创建对象时，会通过加锁保证只有一个线程能创建对象
//    2.对象创建完毕，执行get方法将不需要获取锁，直接返回创建对象
//隐患：多线程环境下，由于重排序，该对象可能还完成初始化就被其他线程读取
//
public class DoubleSynchronizedSingleton {
    private static DoubleSynchronizedSingleton doubleSynchronizedSingleton;
    private DoubleSynchronizedSingleton(){
    }
    //双重锁设计
    public static DoubleSynchronizedSingleton getInstance(){
        if (doubleSynchronizedSingleton == null){
        //1.多线程并发创建对象时，会通过加锁保证只有一个线程能创建对象
            synchronized (DoubleSynchronizedSingleton.class){
                if (doubleSynchronizedSingleton == null){
                    //隐患：多线程环境下，由于重排序，该对象可能还完成初始化就被其他线程读取
                    doubleSynchronizedSingleton = new DoubleSynchronizedSingleton();//问题代码
                }
            }
        }
        //2.对象创建完毕，执行get方法将不需要获取锁，直接返回创建对象
        return doubleSynchronizedSingleton;
    }
}

单线程环境下(或者说正常情况下)，在"问题代码处"，会执行如下操作，保证能获取到已完成初始化的实例
image_1bnnou6sdvnmb4g1rprg0a10gt1s.png-16.8kB

隐患：多线程环境下，在"问题代码处"，会执行如下操作，由于重排序导致2,3乱序，后果就是其他线程得到的是null而不是完成初始化的对象
image_1bnnougikstm13ctbdpojk4jc29.png-21.8kB

//基于volatile的解决方案
public class SafeDoubleCheckSingleton {
    //通过volatile声明，实现线程安全的延迟初始化
    private volatile static SafeDoubleCheckSingleton singleton;
    private SafeDoubleCheckSingleton(){
    }
    public static SafeDoubleCheckSingleton getInstance(){
        if (singleton == null){
            synchronized (SafeDoubleCheckSingleton.class){
                if (singleton == null){
                    //原理利用volatile在于 禁止 "初始化对象"(2) 和 "设置singleton指向内存空间"(3) 的重排序
                    singleton = new SafeDoubleCheckSingleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}