Java理论与实践:正确使用volatile变量

Java™语言包含两种内在的同步机制：同步块（或方法）和volatile变量。这两种机制的提出都是为了实现代码线程的安全性。其中volatile变量的同步性较差（但有时它更简单并且开销更低），而且其使用也更容易出错。在这期的Java理论与实践中，Brian Goetz将介绍几种正确使用volatile变量的模式，并针对其适用性限制提出一些建议。
Java语言中的volatile变量可以被看作是一种“程度较轻的synchronized”；与synchronized块相比，volatile变量所需的编码较少，并且运行时开销也较少，但是它所能实现的功能也仅是synchronized的一部分。本文介绍了几种有效使用volatile变量的模式，并强调了几种不适合使用volatile变量的情形。
锁提供了两种主要特性：互斥（mutual exclusion）和可见性（visibility）。互斥即一次只允许一个线程持有某个特定的锁，因此可使用该特性实现对共享数据的协调访问协议，这样，一次就只有一个线程能够使用该共享数据。可见性要更加复杂一些，它必须确保释放锁之前对共享数据做出的更改对于随后获得该锁的另一个线程是可见的——如果没有同步机制提供的这种可见性保证，线程看到的共享变量可能是修改前的值或不一致的值，这将引发许多严重问题。
 
volatile变量
 
volatile变量具有synchronized的可见性特性，但是不具备原子特性。这就是说线程能够自动发现volatile变量的最新值。Volatile变量可用于提供线程安全，但是只能应用于非常有限的一组用例：多个变量之间或者某个变量的当前值与修改后值之间没有约束。因此，单独使用volatile还不足以实现计数器、互斥锁或任何具有与多个变量相关的不变式（Invariants）的类（例如“start<=end”）。
出于简易性或可伸缩性的考虑，您可能倾向于使用volatile变量而不是锁。当使用volatile变量而非锁时，某些习惯用法（idiom）更加易于编码和阅读。此外，volatile变量不会像锁那样造成线程阻塞，因此也很少造成可伸缩性问题。在某些情况下，如果读操作远远大于写操作，volatile变量还可以提供优于锁的性能优势。
 
正确使用volatile变量的条件
您只能在有限的一些情形下使用volatile变量替代锁。要使volatile变量提供理想的线程安全，必须同时满足下面两个条件：
1.       对变量的写操作不依赖于当前值。
2.       该变量没有包含在具有其他变量的不变式中