在Java中什么时候不应该使用volatile变量

Question

我了解volatile变量只保证可见性，不应用于原子/复合操作。然而，我认为我在某个地方读到过，如果只有一个线程在进行值的更新（在单个操作中），它也可以使用。这是正确的吗？

所以，如果两个线程正在更新volatile变量，比如布尔标志，这是线程安全的吗？

- Shivam Sinha

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这真的取决于你如何使用它。有一些使用情况是正确的，有一些则不是。多线程是一个复杂而微妙的问题，因此像“如果你有多个写线程，就永远不应该使用volatile”这样的概括很少能成立。相反，你必须知道volatile给你什么，同样重要的是，它给不了你什么，然后再将其小心地应用到手头的情况中。这是棘手的事情，所以(a)你应该找一个好的合作伙伴来与你一起进行代码审查，(b)你应该考虑使用其中一个更高级的结构，比如BlockingQueue等。 - yshavit

总的来说，与其他语言（特别是C和C++）不同，在Java中，“volatile”实际上提供了一些同步保证。 - hyde

@yshavit 我已经为您缩小了情境范围：如果两个线程正在更新一个易失变量，比如布尔标志（在单个操作中将其设置为true或false），并且没有任何其他形式的同步，那么这是线程安全的吗？ - Shivam Sinha

再次强调，这取决于具体情况。它们是否都将其更新为相同的值，基本上像一个锁存器？如果不是，如果读取线程错过了更新，那么对于您的应用程序是否可以接受？也就是说，如果布尔值从 true 变为 false 再变为 true，而我的读取线程只看到它为 true（它从未看到 false），那么这样可以吗？对于某些用途来说，可以，但对于其他用途则不行。 - yshavit

Answer 1

我理解volatile变量只保证可见性，不应该用于原子/复合操作。

实际上，所有AtomicXxxx类都使用volatile，但它们以安全的方式使用，这是重要的区别。并非所有操作都是安全的。

我记得曾在某个地方读到，仅当一个线程更新值时才能使用它。这是正确的吗？

这是一种解决方法。如果只有一个写入者，对于该字段使用volatile是可以的。

注意：普遍存在这样一个误解，即volatile对使用它的任何操作都具有线程安全性。例如，

volatile int[] a = { 0 };

a[0]++; // not thread safe even if you have only 1 writer.

这是因为对于a的写操作以及仅针对a的操作是易失性的。而指向a的任何内容都不是易失性的。这与final没有区别。

final int[] a = { 0 };
a = null; // cannot do this
a[0] = 1; // compiles fine, is not final.

我为您梳理了情境：如果两个线程通过单一操作更新一个名为 boolean flag 的易失性变量（比如将其设置为 true 或 false），并且没有其他形式的同步机制，这是否线程安全？

只有当您只有一个写入者或两个写入者都设置为相同的值时，它才是安全的。例如：

flag = true; // ok, provided no thread sets it to false.
flag = !flag; // not ok.

- Peter Lawrey

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「a」指向的任何东西都是「volatile」，这句话不应该改成「不是volatile」。 - Roman

@Nier 只有单个写入者时才是线程安全的，就像 x++;。AtomicInteger 使用 compareAndSwap 操作。 - Peter Lawrey

关于最后一点，如果可以忽略更新，那么也是安全的。举个我想到的例子，也许我有一些线程定期检查一个volatile boolean isPaused。我的线程检查并看到它没有暂停，所以它做了一些工作；稍后，它再次检查并看到它仍然没有暂停。在这两个操作之间，如果有人暂停然后再次取消暂停，它可能并不在意。 - yshavit

@yshavit 如果你有性能指标并且打印出缓存命中率，比如打印出33%，那么即使丢失了1000个增量中的1个，也没有关系，但是通过不将其设置为“volatile”来获得更好的性能可能是值得的。 - Peter Lawrey

@ShivamSinha 在Java中访问CPU缓存命中率很棘手，我指的是软件缓存，比如数据库中的内存缓存。 - Peter Lawrey