性能考虑

　　使用 volatile 变量的主要原因是其简易性：在某些情形下，使用 volatile 变量要比使用相应的锁简单得多。使用 volatile 变量次要原因是其性能：某些情况下，volatile 变量同步机制的性能要优于锁。

　　很难做出准确、全面的评价，例如 "X 总是比 Y 快",尤其是对 JVM 内在的操作而言。（例如，某些情况下 VM 也许能够完全删除锁机制，这使得我们难以抽象地比较 volatile和 synchronized 的开销。）就是说，在目前大多数的处理器架构上，volatile 读操作开销非常低 -- 几乎和非 volatile 读操作一样。而 volatile 写操作的开销要比非 volatile 写操作多很多，因为要保证可见性需要实现内存界定（Memory Fence），即便如此，volatile 的总开销仍然要比锁获取低。

　　volatile 操作不会像锁一样造成阻塞，因此，在能够安全使用 volatile 的情况下，volatile 可以提供一些优于锁的可伸缩特性。如果读操作的次数要远远超过写操作，与锁相比，volatile 变量通常能够减少同步的性能开销。

　　正确使用 volatile 的模式

　　很多并发性专家事实上往往引导用户远离 volatile 变量，因为使用它们要比使用锁更加容易出错。然而，如果谨慎地遵循一些良好定义的模式，就能够在很多场合内安全地使用 volatile 变量。要始终牢记使用 volatile 的限制 -- 只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile -- 这条规则能够避免将这些模式扩展到不安全的用例。

　　模式 #1:状态标志

　　也许实现 volatile 变量的规范使用仅仅是使用一个布尔状态标志，用于指示发生了一个重要的一次性事件，例如完成初始化或请求停机。

　　很多应用程序包含了一种控制结构，形式为 "在还没有准备好停止程序时再执行一些工作",如清单 2 所示：

　　清单 2. 将 volatile 变量作为状态标志使用

　　volatile boolean shutdownRequested;

　　…

　　public void shutdown（） { shutdownRequested = true; }

　　public void doWork（） {

　　while （！shutdownRequested） {

　　// do stuff

　　}

　　}

　　很可能会从循环外部调用 shutdown（） 方法 -- 即在另一个线程中 -- 因此，需要执行某种同步来确保正确实现 shutdownRequested 变量的可见性。（可能会从 JMX 侦听程序、GUI 事件线程中的操作侦听程序、通过 RMI 、通过一个 Web 服务等调用）。然而，使用 synchronized 块编写循环要比使用清单 2 所示的 volatile 状态标志编写麻烦很多。由于 volatile 简化了编码，并且状态标志并不依赖于程序内任何其他状态，因此此处非常适合使用 volatile.

　　这种类型的状态标记的一个公共特性是：通常只有一种状态转换；shutdownRequested 标志从 false 转换为 true,然后程序停止。这种模式可以扩展到来回转换的状态标志，但是只有在转换周期不被察觉的情况下才能扩展（从 false 到 true,再转换到 false）。此外，还需要某些原子状态转换机制，例如原子变量。

　　模式 #2:一次性安全发布（one-time safe publication）

　　缺乏同步会导致无法实现可见性，这使得确定何时写入对象引用而不是原语值变得更加困难。在缺乏同步的情况下，可能会遇到某个对象引用的更新值（由另一个线程写入）和该对象状态的旧值同时存在。（这就是造成着名的双重检查锁定（double-checked-locking）问题的根源，其中对象引用在没有同步的情况下进行读操作，产生的问题是您可能会看到一个更新的引用，但是仍然会通过该引用看到不完全构造的对象）。

　　实现安全发布对象的一种技术就是将对象引用定义为 volatile 类型。清单 3 展示了一个示例，其中后台线程在启动阶段从数据库加载一些数据。其他代码在能够利用这些数据时，在使用之前将检查这些数据是否曾经发布过。

　　清单 3. 将 volatile 变量用于一次性安全发布

　　public class BackgroundFloobleLoader {

　　public volatile Flooble theFlooble;

　　public void initInBackground（） {

　　// do lots of stuff

　　theFlooble = new Flooble（）；  // this is the only write to theFlooble

　　}

　　}

　　public class SomeOtherClass {

　　public void doWork（） {

　　while （true） {

　　// do some stuff…

　　// use the Flooble, but only if it is ready

　　if （floobleLoader.theFlooble != null）

　　doSomething（floobleLoader.theFlooble）；

　　}

　　}

　　}

　　如果 theFlooble 引用不是 volatile 类型，doWork（） 中的代码在解除对 theFlooble 的引用时，将会得到一个不完全构造的 Flooble.

　　该模式的一个必要条件是：被发布的对象必须是线程安全的，或者是有效的不可变对象（有效不可变意味着对象的状态在发布之后永远不会被修改）。volatile 类型的引用可以确保对象的发布形式的可见性，但是如果对象的状态在发布后将发生更改，那么就需要额外的同步。

　　模式 #3:独立观察（independent observation）

　　安全使用 volatile 的另一种简单模式是：定期 "发布" 观察结果供程序内部使用。例如，假设有一种环境传感器能够感觉环境温度。一个后台线程可能会每隔几秒读取一次该传感器，并更新包含当前文档的 volatile 变量。然后，其他线程可以读取这个变量，从而随时能够看到最新的温度值。

　　使用该模式的另一种应用程序就是收集程序的统计信息。清单 4 展示了身份验证机制如何记忆最近一次登录的用户的名字。将反复使用 lastUser 引用来发布值，以供程序的其他部分使用。

　　清单 4. 将 volatile 变量用于多个独立观察结果的发布

　　public class UserManager {

　　public volatile String lastUser;

　　public boolean authenticate（String user, String password） {

　　boolean valid = passwordIsValid（user, password）；

　　if （valid） {

　　User u = new User（）；

　　activeUsers.add（u）；

　　lastUser = user;

　　}

　　return valid;

　　}

　　}

　　该模式是前面模式的扩展；将某个值发布以在程序内的其他地方使用，但是与一次性事件的发布不同，这是一系列独立事件。这个模式要求被发布的值是有效不可变的 -- 即值的状态在发布后不会更改。使用该值的代码需要清楚该值可能随时发生变化。

性能考虑

　　使用 volatile 变量的主要原因是其简易性：在某些情形下，使用 volatile 变量要比使用相应的锁简单得多。使用 volatile 变量次要原因是其性能：某些情况下，volatile 变量同步机制的性能要优于锁。

　　很难做出准确、全面的评价，例如 "X 总是比 Y 快",尤其是对 JVM 内在的操作而言。（例如，某些情况下 VM 也许能够完全删除锁机制，这使得我们难以抽象地比较 volatile和 synchronized 的开销。）就是说，在目前大多数的处理器架构上，volatile 读操作开销非常低 -- 几乎和非 volatile 读操作一样。而 volatile 写操作的开销要比非 volatile 写操作多很多，因为要保证可见性需要实现内存界定（Memory Fence），即便如此，volatile 的总开销仍然要比锁获取低。

　　volatile 操作不会像锁一样造成阻塞，因此，在能够安全使用 volatile 的情况下，volatile 可以提供一些优于锁的可伸缩特性。如果读操作的次数要远远超过写操作，与锁相比，volatile 变量通常能够减少同步的性能开销。

　　正确使用 volatile 的模式

　　很多并发性专家事实上往往引导用户远离 volatile 变量，因为使用它们要比使用锁更加容易出错。然而，如果谨慎地遵循一些良好定义的模式，就能够在很多场合内安全地使用 volatile 变量。要始终牢记使用 volatile 的限制 -- 只有在状态真正独立于程序内其他内容时才能使用 volatile -- 这条规则能够避免将这些模式扩展到不安全的用例。

　　模式 #1:状态标志

　　也许实现 volatile 变量的规范使用仅仅是使用一个布尔状态标志，用于指示发生了一个重要的一次性事件，例如完成初始化或请求停机。

　　很多应用程序包含了一种控制结构，形式为 "在还没有准备好停止程序时再执行一些工作",如清单 2 所示：

　　清单 2. 将 volatile 变量作为状态标志使用

　　volatile boolean shutdownRequested;

　　…

　　public void shutdown（） { shutdownRequested = true; }

　　public void doWork（） {

　　while （！shutdownRequested） {

　　// do stuff

　　}

　　}

　　很可能会从循环外部调用 shutdown（） 方法 -- 即在另一个线程中 -- 因此，需要执行某种同步来确保正确实现 shutdownRequested 变量的可见性。（可能会从 JMX 侦听程序、GUI 事件线程中的操作侦听程序、通过 RMI 、通过一个 Web 服务等调用）。然而，使用 synchronized 块编写循环要比使用清单 2 所示的 volatile 状态标志编写麻烦很多。由于 volatile 简化了编码，并且状态标志并不依赖于程序内任何其他状态，因此此处非常适合使用 volatile.

　　这种类型的状态标记的一个公共特性是：通常只有一种状态转换；shutdownRequested 标志从 false 转换为 true,然后程序停止。这种模式可以扩展到来回转换的状态标志，但是只有在转换周期不被察觉的情况下才能扩展（从 false 到 true,再转换到 false）。此外，还需要某些原子状态转换机制，例如原子变量。

　　模式 #2:一次性安全发布（one-time safe publication）

　　缺乏同步会导致无法实现可见性，这使得确定何时写入对象引用而不是原语值变得更加困难。在缺乏同步的情况下，可能会遇到某个对象引用的更新值（由另一个线程写入）和该对象状态的旧值同时存在。（这就是造成着名的双重检查锁定（double-checked-locking）问题的根源，其中对象引用在没有同步的情况下进行读操作，产生的问题是您可能会看到一个更新的引用，但是仍然会通过该引用看到不完全构造的对象）。

　　实现安全发布对象的一种技术就是将对象引用定义为 volatile 类型。清单 3 展示了一个示例，其中后台线程在启动阶段从数据库加载一些数据。其他代码在能够利用这些数据时，在使用之前将检查这些数据是否曾经发布过。

　　清单 3. 将 volatile 变量用于一次性安全发布

　　public class BackgroundFloobleLoader {

　　public volatile Flooble theFlooble;

　　public void initInBackground（） {

　　// do lots of stuff

　　theFlooble = new Flooble（）；  // this is the only write to theFlooble

　　}

　　}

　　public class SomeOtherClass {

　　public void doWork（） {

　　while （true） {

　　// do some stuff…

　　// use the Flooble, but only if it is ready

　　if （floobleLoader.theFlooble != null）

　　doSomething（floobleLoader.theFlooble）；

　　}

　　}

　　}

　　如果 theFlooble 引用不是 volatile 类型，doWork（） 中的代码在解除对 theFlooble 的引用时，将会得到一个不完全构造的 Flooble.

　　该模式的一个必要条件是：被发布的对象必须是线程安全的，或者是有效的不可变对象（有效不可变意味着对象的状态在发布之后永远不会被修改）。volatile 类型的引用可以确保对象的发布形式的可见性，但是如果对象的状态在发布后将发生更改，那么就需要额外的同步。

　　模式 #3:独立观察（independent observation）

　　安全使用 volatile 的另一种简单模式是：定期 "发布" 观察结果供程序内部使用。例如，假设有一种环境传感器能够感觉环境温度。一个后台线程可能会每隔几秒读取一次该传感器，并更新包含当前文档的 volatile 变量。然后，其他线程可以读取这个变量，从而随时能够看到最新的温度值。

　　使用该模式的另一种应用程序就是收集程序的统计信息。清单 4 展示了身份验证机制如何记忆最近一次登录的用户的名字。将反复使用 lastUser 引用来发布值，以供程序的其他部分使用。

　　清单 4. 将 volatile 变量用于多个独立观察结果的发布

　　public class UserManager {

　　public volatile String lastUser;

　　public boolean authenticate（String user, String password） {

　　boolean valid = passwordIsValid（user, password）；

　　if （valid） {

　　User u = new User（）；

　　activeUsers.add（u）；

　　lastUser = user;

　　}

　　return valid;

　　}

　　}

　　该模式是前面模式的扩展；将某个值发布以在程序内的其他地方使用，但是与一次性事件的发布不同，这是一系列独立事件。这个模式要求被发布的值是有效不可变的 -- 即值的状态在发布后不会更改。使用该值的代码需要清楚该值可能随时发生变化。