Java高並發同步Volatile的使用

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引言：     

    在多線程並發編程中synchronized和Volatile都扮演著重要的角色，Volatile是輕量級的synchronized，它在多處理器開發中保證了共用變數的“可見度”。

    可見度的意思是當一個線程修改一個共用變數時，另外一個線程能讀到這個修改的值。

Volatile的官方定義

    Java語言規範第三版中對volatile的定義如下： java程式設計語言允許線程訪問共用變數，為了確保共用變數能被準確和一致的更新，線程應該確保通過獨佔鎖定單獨獲得這個變數。Java語言提供了volatile，在某些情況下比鎖更加方便。如果一個欄位被聲明成volatile，java線程記憶體模型確保所有線程看到這個變數的值是一致的。

為什麼要使用Volatile？

    Volatile變數修飾符如果使用恰當的話，它比synchronized的使用和執行成本會更低，因為它不會引起線程內容相關的切換和調度。

Volatile的使用最佳化

  著名的Java並發編程大師Doug lea在JDK7的並發包裡新增一個隊列集合類LinkedTransferQueue，他在使用Volatile變數時，用一種追加位元組的方式來最佳化隊列出隊和入隊的效能。

  追加位元組能最佳化效能？這種方式看起來很神奇，但如果深入理解處理器架構就能理解其中的奧秘。讓我們先來看看LinkedTransferQueue這個類，它使用一個內部類類型來定義隊列的頭隊列（Head）和尾節點（tail），而這個內部類PaddedAtomicReference相對於父類AtomicReference只做了一件事情，就將共用變數追加到64位元組。我們可以來計算下，一個對象的引用佔4個位元組，它追加了15個變數共佔60個位元組，再加上父類的Value變數，一共64個位元組。

相關問題：

1）Java 中能建立 volatile 數組嗎？

能，Java 中可以建立 volatile 類型數組，不過只是一個指向數組的引用，而不是整個數組。我的意思是，如果改變引用指向的數組，將會受到 volatile 的保護，但是如果多個線程同時改變數組的元素，volatile 標示符就不能起到之前的保護作用了。

2）volatile 能使得一個非原子操作變成原子操作嗎？

一個典型的例子是在類中有一個 long 類型的成員變數。如果你知道該成員變數會被多個線程訪問，如計數器、價格等，你最好是將其設定為 volatile。為什嗎？因為 Java 中讀取 long 類型變數不是原子的，需要分成兩步，如果一個線程正在修改該 long 變數的值，另一個線程可能只能看到該值的一半（前 32 位）。但是對一個 volatile 型的 long 或 double 變數的讀寫是原子。

3）volatile 修飾符的有過什麼實踐？

一種實踐是用 volatile 修飾 long 和 double 變數，使其能按原子類型來讀寫。double 和 long 都是64位寬，因此對這兩種類型的讀是分為兩部分的，第一次讀取第一個 32 位，然後再讀剩下的 32 位，這個過程不是原子的，但 Java 中 volatile 型的 long 或 double 變數的讀寫是原子的。volatile 修複符的另一個作用是提供記憶體屏障（memory barrier），例如在分布式架構中的應用。簡單的說，就是當你寫一個 volatile 變數之前，Java 記憶體模型會插入一個寫屏障（write barrier），讀一個 volatile 變數之前，會插入一個讀屏障（read barrier）。意思就是說，在你寫一個 volatile 域時，能保證任何線程都能看到你寫的值，同時，在寫之前，也能保證任何數值的更新對所有線程是可見的，因為記憶體屏障會將其他所有寫的值更新到緩衝。

4）volatile 類型變數提供什麼保證？

volatile 變數提供順序和可見度保證，例如，JVM 或者 JIT為了獲得更好的效能會對語句重排序，但是 volatile 類型變數即使在沒有同步塊的情況下賦值也不會與其他語句重排序。 volatile 提供 happens-before 的保證，確保一個線程的修改能對其他線程是可見的。某些情況下，volatile 還能提供原子性，如讀 64 位元資料類型，像 long 和 double 都不是原子的，但 volatile 類型的 double 和 long 就是原子的。

Java高並發同步Volatile的使用