java - 为什么将 Java 变量标记为 volatile 会降低同步性？

Question

因此，我刚刚在为我明天要学习的部分编写一些示例时了解了 volatile 关键字。我写了一个快速程序来证明++ 和 -- 操作不是原子的。

public class Q3 {

    private static int count = 0;

    private static class Worker1 implements Runnable{

        public void run(){
            for(int i = 0; i < 10000; i++)
                count++; //Inner class maintains an implicit reference to its parent
        }
    }

    private static class Worker2 implements Runnable{

        public void run(){
            for(int i = 0; i < 10000; i++)
                count--; //Inner class maintains an implicit reference to its parent
        }
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        while(true){
            Thread T1 = new Thread(new Worker1());
            Thread T2 = new Thread(new Worker2());
            T1.start();
            T2.start();

            T1.join();
            T2.join();
            System.out.println(count);
            count = 0;
            Thread.sleep(500);

        }
    }
}

正如预期的那样，这个程序的输出通常是这样的:

-1521
  -39
    0
    0
    0
    0
    0
    0

但是，当我改变时:

private static int count = 0;

到

private static volatile int count = 0;

我的输出变为:

    0
 3077
    1
-3365
   -1
   -2
 2144
    3
    0
   -1
    1
   -2
    6
    1
    1

我读过 When exactly do you use the volatile keyword in Java?所以我觉得我对关键字的作用有了基本的了解(在不同线程中保持变量的缓存副本之间的同步，但不是读-更新-写安全的)。我知道这段代码当然不是线程安全的。作为我的学生的榜样，它特别不是线程安全的。但是，我很好奇为什么添加 volatile 关键字会使输出不像不存在关键字时那样“稳定”。

Answer 1

Why does marking a Java variable volatile make things less synchronized?

带有 volatile 关键字的问题“为什么代码运行更差”不是一个有效的问题。由于用于可变字段的内存模型不同，它的行为不同。如果没有关键字，您的程序输出趋向于 0 这一事实是不可靠的，如果您迁移到具有不同 CPU 线程或 CPU 数量的不同体系结构，则结果大相径庭的情况并不少见。

此外，重要的是要记住，尽管 x++ 看起来是原子的，但它实际上是一个读/修改/写操作。如果您在许多不同的体系结构上运行您的测试程序，您会发现不同的结果，因为 JVM 如何实现 volatile 非常依赖于硬件。访问 volatile 字段也可能比访问缓存字段慢得多——有时会慢 1 或 2 个数量级，这会改变程序的时间。

volatile 关键字的使用确实为特定字段建立了一个内存屏障，并且(从 Java 5 开始)这个内存屏障扩展到所有其他共享变量。这意味着变量的值将在访问时被复制进/出中央存储。但是，volatile 和 Java 中的 synchronized 关键字之间存在细微差别。例如，volatile 不会发生锁定，因此如果多个线程正在更新一个 volatile 变量，则非原子操作周围将存在竞争条件。这就是我们使用 AtomicInteger 的原因和 friend 在没有同步的情况下适本地处理增量函数。

这里有一些关于这个主题的好读物:

• Java theory and practice: Managing volatility
• The volatile keyword in Java

希望这对您有所帮助。