需要使用volatile关键字吗？

Question

如果我有一个字节队列，期望有一个线程作为生产者，另一个作为消费者：

class ByteQueue{
    byte[] buf;
    /*volatile?*/ int readIdx;
    /*volatile?*/ int writeIdx;
    Runnable writeListener;
    Runnable readListener;
    // ...
    void write( byte[] b ){
        int wr = writeIdx;
        int rd = readIdx;
        // check consistency and free space using wr+rd
        // copy to buf, starting at wr, eventually wrap around
        // update writeIdx afterwards
        writeIdx = ( wr + b.length ) % buf.length;
        // callback to notify consumer for data available
        writeListener.run();
    }
    void read( byte[] b ){
        int wr = writeIdx;
        int rd = readIdx;
        // check consistency and available data using wr+rd
        // copy buf to b, starting at rd, eventually wrap around
        // update readIdx afterwards
        readIdx = ( rd + b.length ) % buf.length;
        // callback to notify producer for free space available
        readListener.run();
    }
    int available() { return (writeIdx - readIdx) % buf.length; }
    int free() { return buf.length - available() -1; }
    // ...
}

这种类型的队列不需要同步。
readIdx只被读线程修改，
writeIdx只被写线程修改。

readIdx == writeIdx 表示队列没有内容。
而且队列最多只能容纳 buf.length-1 字节的数据。

这些 volatile 变量是否必要，或者它们可以省略，因为只有一个线程是一个整数状态的修改者？

谢谢 Frank

- fbenoit

---

你需要更强的同步，writeIdx 的更新必须始终在 buf 的更新之后发生。如果没有 synchronized，这将变得棘手。 - Piotr Praszmo

同意Banthar的说法。安全第一，不要走捷径。编写适当的同步控制。不要为了获得一纳秒的时间而牺牲正确性。 - sstan

你对修改的事情是正确的，但不要忘记读取操作也在进行。 - David Ehrmann

当其他线程正在使用read()或write()方法时，是否可以调用available()？如果可以，那么它应该意味着什么？（提示：你能做的最好的事情是返回某个瞬间可用的字节数，但这不一定与调用者决定采取行动时可用的字节数相同。） - Solomon Slow

Answer 1

如果另一个线程需要读取这个值，它就需要是volatile类型。关键字volatile告诉JVM这个值不能被缓存或重新排序，否则对它的更新可能不会对其他线程可见。

可见性问题也适用于buf数组。由于buf需要与索引一起更改，因此写入和读取方法似乎需要进行同步。同步使更改可见，并确保并发调用不会导致索引和buf内容不一致。

- Nathan Hughes

---

你可以使用 volatile 来处理缓冲区的内容。关键是要记住，读写 volatile 字段会在线程之间建立 happens-before 关系。因此，如果线程 A 在更新 volatile 字段之前在缓冲区中写入字节，然后线程 B 在检查相同的 volatile 字段之后检查缓冲区，则线程 B 应该看到线程 A 写入缓冲区的字节。但你说得对，synchronized 是更明显的方法... - Solomon Slow

您IP地址为143.198.54.68，由于运营成本限制，当前对于免费用户的使用频率限制为每个IP每72小时10次对话，如需解除限制，请点击左下角设置图标按钮（手机用户先点击左上角菜单按钮）。 - Nathan Hughes

谢谢，这很有帮助。所以我会将它们设置为volatile。不需要同步，因为writeIdx是最后更新的，读取不能在之前发生，反之亦然。 - fbenoit

@keinfarbton：是的，这就是詹姆斯在他的评论中描述的，您可以依赖于volatile变量创建的happens-before关系来确保您看到对缓冲区的更新。 - Nathan Hughes

Answer 2

您应该将它们声明为volatile。例如，让我们看一下readIdx。如果它不是volatile，则写线程优化可能会假设它从未更改，并基于该假设进行错误的优化。然而，我没有看到您在写线程中访问readIdx（或读线程中的writeIdx），除了对一些本地变量rd（或wr）的赋值。我只是假设缺少一些代码，否则您的问题并不真正有意义。

- Jakiša Tomić

Answer 3

Nathan是正确的，不是两个线程会互相写入变量，而是这些变量本身可能永远不会对另一个线程（或CPU核心）可见。

有一个有趣的队列实际上使用非易失性变量来让CPU更好地调度工作，它就是LMAX disruptor。

- claj