易失性内存的目的和优势

Question

volatile关键字在什么情况下使用？更重要的是：程序如何从中受益？

根据我所读和已知的，volatile应该用于被不同线程访问的变量，因为它们比非volatile的变量读取速度稍快。如果是这样，难道就没有强制使用相反的关键字吗？

或者它们实际上在所有线程之间进行了同步吗？普通变量为什么不行？

我有很多多线程代码，我想稍微优化一下。当然，我不希望有巨大的性能提升（目前我没有任何问题），但我一直在努力使我的代码更好。我对这个关键字有点困惑。

- AyCe

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Volatile比同步更快，因为它不需要获取监视器锁定。如果您已经使用同步来完成所有操作，则可能并不重要。另一方面，在同步块之外是实现定义的Wild-Wild-West，并且不能保证任何一个线程看到其他线程正在执行的任何操作。Volatile可以做一些中等大小的事情，这里的答案已经开始涉及，但我建议如果您真的想很好地掌握它，就应该进行一段时间的研究。 - Radiodef

你真的想要阅读这篇文章来全面了解volatile是如何工作以及它实际上是做什么的。是的，它是针对C#的，但是Java和CLR之间的内存模型在这一点上非常相似。有趣的是，在CLR和JMM规范中都没有提到“从内存中读取最新值”的任何内容 - 排序保证几乎可以给您这个保证，但实际上还存在一些边缘情况。 - Voo

Answer 1

当一个多线程程序运行时，如果存在一些未声明为volatile的共享变量，这些线程会创建该变量的本地副本，并在本地副本上进行操作。因此，变量的更改不会反映出来。这样做是因为缓存访问比从主内存访问变量快得多。

当你将一个变量声明为volatile时，它告诉程序不要创建任何变量的本地副本，直接从主内存中使用变量。

通过将变量声明为volatile，我们告诉系统它的值可能会意外地从任何地方改变，因此始终使用保存在主内存中的值，并且始终在主内存中更改变量的值，而不创建任何变量的本地副本。

请注意，volatile不能替代同步，并且当一个字段被声明为volatile时，编译器和运行时会注意到该变量是共享的，对它的操作不应与其他内存操作重新排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或缓存中，因此读取volatile变量总是返回任何线程最近写入的值。

- Aman Agnihotri

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我从没用过 volatile，也没有遇到变量不及时更新的问题，所以我不太明白你所说的 变量的更改没有反映出来。那么，volatile 变量实际上会慢一些，但对于多线程来说仍然更快？ - AyCe

一个volatile变量的访问速度与任何非volatile变量的访问速度一样快。但是相对于JVM为了快速执行Java程序而创建的缓存变量的访问，它的访问速度较慢。volatile变量仍然存在于主内存中，因此对于希望使用它的任何线程来说，它就像是变量的一个查找位置。如果任何变量不是volatile并且多个线程在使用它，那么它们可以自由地创建变量的缓存/本地副本，这样该变量现在就存在于内存中的多个位置，这可能不是程序员想要的结果。 - Aman Agnihotri

Answer 2

volatile关键字会使得每个线程都从内存中实际获取变量的值，因此访问变量会变慢，但能够获得最新的值。

当从不同的线程中访问变量时，这非常有用。

使用分析器来调整代码并阅读优化Java代码的技巧

- Javier

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好的，但是如果我每次更改多线程变量时都使用synchronized（这是我主要做的事情），那么它们会从volatile中受益吗？还是这是针对未明确锁定的变量的？ - AyCe

Synchronized是volatile+锁定。使用volatile非常不寻常。 - Javier

@lalaland发布的链接（https://dev59.com/C3VD5IYBdhLWcg3wDXF3）很好，尽管有点技术性。 - Javier

如果您正确使用同步，可能不需要使用volatile。当您在对象上进行同步时，该块内部对共享内存所做的任何更改都会被其他线程立即看到，只要它们在相同的对象上进行同步。Volatile是一种在没有同步的情况下保证共享内存可见性的方法。 - Radiodef

Answer 3

< p > volatile 关键字意味着每次引用变量时，编译器都会强制读取新值。当该变量是标准内存之外的东西时，这很有用。例如，在嵌入式系统中，您正在读取一个硬件寄存器或接口，它对处理器而言就像一个内存位置。如果处理器使用先前读取的缓存值，则更改该寄存器值的外部系统更改将无法正确读取。使用volatile 强制重新读取并保持所有内容同步。

- Chris Ryding

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不错，但似乎一切都已经同步了。从我得到的所有答案来看，volatile 看起来并没有真正做任何 VM 本身无法完成的事情。但是，例如访问变量时，它会提高速度吗？ - AyCe

Answer 4

这里有一个很好的Stack Overflow解释

而这里有一篇好的维基文章

在计算机编程中，特别是在C、C++、C#和Java编程语言中，使用volatile关键字声明的变量或对象通常具有与优化和/或线程相关的特殊属性。一般来说，volatile关键字旨在防止编译器应用某些它本来可能会应用的优化，因为通常假定变量不能“自行”更改值。

**^维基

简而言之，它保证一个给定的线程访问某些数据的相同副本。一个线程中的任何更改都会立即在另一个线程中被注意到。

- t3dodson

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那么volatile只是一个“提示”，对吗？当当前代码太慢时可以考虑使用它？我仍然不确定应该声明哪些变量为volatile。你说的“这通常是不好的！”是什么意思？ - AyCe

@AyCe 不，volatile不仅仅是一个提示。它有具体的规则。如果没有volatile，你可以在一个线程中对一个变量进行写入，而其他线程在理论上则被允许永远不看到这个写入。实际上，其他线程最终会看到这个写入，但是延迟足够长甚至可以被人感知。Volatile意味着其他线程将立即看到该写入（除了其他一些它所做的事情）。 - Radiodef

@Radiodef 我已经做了多线程的事情好几年了，从来没有观察到这样的行为。 :O 我想知道虚拟机是否只是对做错事情的人非常友好，还是我确实用 synchronized 做得很正确？ - AyCe

可能两者都有。假设您已经正确使用了同步，那么事情可能是因为这样才起作用的。现实情况也是，线程通常会看到非易失性非同步写入，因此错误只看起来像是非常轻微的延迟。易失性还可以做一些同步无法做到的事情，即防止编译器重构涉及变量的语句。这可以防止非常微妙的错误，例如臭名昭著的双重检查锁定内联构造函数。 - Radiodef

@Radiodef 我刚刚读了这个。目前我正在为一些只需要一个实例的类使用单例模式，通过具有静态实例和获取函数，在实例字段中存储新创建的对象，如果它为空。从我在那里读到的内容来看，似乎通过使用静态处理器将始终访问相同的内存，因此我不应该有这个问题。它没有同步，但是我可以根据我的代码顺序保证，在未访问之前，两个线程永远不会同时访问get-function。 - AyCe

听起来你所做的可能是安全的。（请参见导致发生在之前的操作. 具体而言，我在这里想到的是启动线程。）但值得注意的是，在Java中进行惰性实例化的首选方法是使用延迟初始化占位符技巧。 - Radiodef

Answer 5

volatile关注内存可见性。在对volatile变量进行写操作后，该变量的值对所有读取者都变得可见。有点像关闭缓存。

这里是一个好的堆栈溢出响应: 你是否曾经在Java中使用过volatile关键字？

关于具体问题，它们没有被同步。您仍然需要使用锁定来完成。普通变量既不同步也不易失。

为了优化线程化代码，最好阅读粒度、乐观和悲观锁定方面的知识。

- lalaland

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在我看来，volatile 只是承诺做虚拟机已经完成的事情。你链接帖子中第一个答案中的示例，我会使用 synchronized 来实现 - 在我看来更加简洁。 - AyCe

双重检查锁定是需要同时使用synchronized和volatile的示例，可以在此处查看它们的应用：http://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking。 - lalaland

我刚刚读了一些维基百科的文章。到目前为止，似乎我不需要所描述的模式来满足我的意图 - 所有的惰性初始化都是线程安全的。但是，阅读“由于同步方法可能会使性能降低100倍或更高”的内容让我思考了一下我的当前代码，我没有想到影响会如此之大。我几乎在所有有意义的地方使用synchronized，但我没有预料到它会那么昂贵！ - AyCe