我该如何在Java中正确使用volatile关键字？

Question

假设我有两个线程和一个对象。其中一个线程对该对象进行赋值：

public void assign(MyObject o) {
    myObject = o;
}

另一个线程正在使用该对象：

public void use() {
    myObject.use();
}

变量 myObject 必须声明为 volatile 吗？我试图理解什么情况下需要使用 volatile 和何时不需要，这让我感到困惑。第二个线程是否可能在其本地内存缓存中保留对旧对象的引用？如果不是，则原因是什么？

非常感谢。

- Tiyoal

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你正在使用哪个版本的Java？ - Alerty

我正在移动设备上进行开发。基本上是Java 1.4.x。 - Tiyoal

Answer 1

我正在尝试理解何时使用volatile关键字

大多数情况下应避免使用它。而是使用AtomicReference（或其他适当的atomic类）。内存效果相同，意图更加清晰。

我强烈建议阅读优秀的Java Concurrency in Practice以获得更好的理解。

- Kevin

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谢谢你的建议。我同意我不必使用这些“低级别的东西”。然而，我感到有必要了解它在引擎盖下是如何工作的。这本书对此是一个非常好的建议。谢谢。 - Tiyoal

@Tiyoal，如需了解细节，请参阅JLS的第17.4节，其中讨论了内存模型：http://java.sun.com/docs/books/jls/third_edition/html/memory.html#17.4 - Kevin

并发实践中的第二点。Volatile是synchronized的一种较弱形式。如果一个变量被一个线程写入并被多个线程读取，为了确保立即看到写入，可以使用它。 - bwawok

@Kevin：引用自此链接的一句话，来自@Alerty：“访问该变量就像它被包含在一个同步块中，以其自身为锁。”这基本上就是我在回答中试图表达的内容。 - BalusC

@bwawolk：这就是我的问题所在。一个线程写入，一个（多个）线程读取。为什么我不需要将共享对象标记为volatile？ - Tiyoal

我在一些在线教程中读到了关于volatile关键字的内容，其中提到线程可能会决定将变量的“本地值”存储在其本地线程缓存中。为了克服这个问题，您需要将变量声明为volatile。因此，我想知道如果第二个线程决定对myObject这样做会发生什么。他会继续使用过时的对象吗？这就是为什么我想知道是否必须将其声明为volatile。我理解得对吗？ - Tiyoal

Answer 2

不用过多关注复杂的技术细节，你可以将volatile视为对变量的一种synchronized修饰符。当你想要同步访问方法或块时，通常会使用以下synchronized修饰符：

public synchronized void doSomething() {}

如果您想“同步”访问变量，那么您需要使用volatile修饰符：

private volatile SomeObject variable;

在幕后，它们做着不同的事情，但是效果是相同的：更改会立即对下一个访问线程可见。

在您的特定情况中，我认为volatile修饰符没有任何价值。volatile不能以任何方式保证分配对象的线程将在使用对象的线程之前运行。可能反过来更好。你可能只想在use()方法中首先执行空值检查。

更新：还请参阅此文章：

访问变量就像被封装在同步块中一样，在自身上同步。我们在第二点中说“就像”，因为对于程序员（和可能大多数JVM实现），实际上并没有涉及锁定对象。

- BalusC

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这是完全不正确的。Volatile完全与变量的内存效果和可见性有关，而不是并发访问。 - Kevin

@Kevin：是的，那是技术细节。我说的是效果，这样更容易理解。变量的改变立即对下一个访问线程可见。 - BalusC

@Kevin：我不确定这样做是否会弊大于利。这可能取决于人们如何解释这一切。然而，我完全同意你最好寻找优秀的java.util.concurrent API，我为你的建议点赞。 - BalusC

虽然我认为你对使用各种方法的影响有一个相当好的解释，但是你的建议是完全错误的。在线程之间没有某种形式的内存同步的情况下，读者可能永远看不到更改。此外，你所描述的前后场景在问题中并不存在。我们都知道这两种方法可能会被多次调用，null值可能是可以接受的，也可能不可接受。 - Robin

@Robin：你提出了一个很好的观点。在我们给出实质性建议之前，OP应该首先更详细地澄清功能要求。现在还太模糊了。 - BalusC

Answer 3

声明一个Java的volatile变量意味着：

• 这个变量的值永远不会被本地线程缓存
• 访问该变量的行为就像它被封装在同步块中一样

volatile的典型和最常见的用法是：

public class StoppableThread extends Thread {
  private volatile boolean stop = false;

  public void run() {
    while (!stop) {
      // do work 
    }
  }

  public void stopWork() {
    stop = true;
  }
}

- aleroot

Answer 4

在这种情况下，您可以使用volatile。您需要使用volatile、同步访问变量或类似机制（如AtomicReference）来确保在分配线程上进行的更改实际上可见于读取线程。

- Robin

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但是这如何确保分配对象的线程在使用对象的线程之前运行？ - BalusC

我为什么需要在这里进行同步？声明为volatile不足以吗？ - Tiyoal

@Tiyoal - 这是一个二选一的情况。你需要使用其中一个选项。 - Robin

@BalusC - 这与线程无关，只需要简单地检查 null。没有规定必须先完成一个操作再完成另一个操作，也没有规定不能多次调用它们两个。因此，如果每次调用都可能返回空值，则读取线程必须检查 null。您引用的是生产者/消费者场景，这将是完全不同的解决方案。 - Robin

Answer 5

我花了很多时间来理解volatile关键字。我认为@aleroot给出了世界上最好和最简单的例子。

这是我为小白（像我一样）解释的方式：

场景1：假设stop没有声明为volatile，那么一个给定的线程会这样想和执行：

1. 调用stopWork()：我必须将stop设置为true
2. 太好了，在我的本地堆栈中完成了，现在我必须更新JVM的主堆。
3. 糟糕，JVM告诉我要让CPU给另一个线程，我必须停一会儿......
4. 好的，我回来了。现在我可以使用我的值更新主堆。正在更新...

场景2：现在让stop声明为volatile：

1. 当调用stopWork()时：我必须将stop设置为true
2. 太好了，我已经在本地堆栈中完成了，现在我需要更新JVM的主堆。
3. 对不起，伙计们，我现在必须执行（2）-我被告知它是volatile。我必须再占用一点CPU时间...
4. 正在更新主堆...
5. 好的，我完成了。现在我可以让步了。

没有同步，只是一个简单的想法...

为什么不把所有变量都声明为volatile呢？因为Scenario2/Step3。这有点低效，但仍然比常规同步要好。

- gvlax

Answer 6

这里有一些令人困惑的评论：为了澄清，您的代码在当前状态下是不正确的，假设两个不同的线程调用assign()和use()。

在没有volatile或其他happens-before关系（例如，在公共锁上同步）的情况下，对assign()中的myObject的任何写入都不能保证被调用use()的线程看到--不会立即，不会及时，事实上可能永远不会看到。

是的，volatile是纠正这种行为的一种方法（假设这是不正确的行为--有可能存在您不关心这一点的情况！）。

您完全正确，'use'线程可以看到myObject的任何“缓存”值，包括它在构造时分配的值和任何中间值（同样在没有其他happens-before点的情况下）。

- Cowan