模式 #1：狀態標誌

也許實現 volatile 變數的規範使用僅僅是使用一個布林狀態標誌，用於指示發生了一個重要的一次性事件，例如完成初始化或請求停機。

很多應用程式包含了一種控制結構，形式為 “在還沒有準備好停止程式時再執行一些工作”，如清單 2 所示：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="font-size: 14px;">                
volatile boolean shutdownRequested;

...

public void shutdown() { shutdownRequested = true; }

public void doWork() { 
    while (!shutdownRequested) { 
        // do stuff
    }
}
</span></span>

很可能會從迴圈外部呼叫 shutdown() 方法 —— 即在另一個執行緒中 —— 因此，需要執行某種同步來確保正確實現 shutdownRequested變數的可見性。（可能會從 JMX 偵聽程式、GUI 事件執行緒中的操作偵聽程式、通過 RMI 、通過一個 Web 服務等呼叫）。然而，使用synchronized 塊編寫迴圈要比使用清單 2 所示的 volatile 狀態標誌編寫麻煩很多。由於 volatile 簡化了編碼，並且狀態標誌並不依賴於程式內任何其他狀態，因此此處非常適合使用 volatile。

這種型別的狀態標記的一個公共特性是：通常只有一種狀態轉換；shutdownRequested 標誌從 false 轉換為 true，然後程式停止。這種模式可以擴充套件到來回轉換的狀態標誌，但是隻有在轉換週期不被察覺的情況下才能擴充套件（從 false 到 true，再轉換到 false）。此外，還需要某些原子狀態轉換機制，例如原子變數。

模式 #2：一次性安全釋出（one-time safe publication）

缺乏同步會導致無法實現可見性，這使得確定何時寫入物件引用而不是原語值變得更加困難。在缺乏同步的情況下，可能會遇到某個物件引用的更新值（由另一個執行緒寫入）和該物件狀態的舊值同時存在。（這就是造成著名的雙重檢查鎖定（double-checked-locking）問題的根源，其中物件引用在沒有同步的情況下進行讀操作，產生的問題是您可能會看到一個更新的引用，但是仍然會通過該引用看到不完全構造的物件）。

實現安全釋出物件的一種技術就是將物件引用定義為 volatile 型別。清單 3 展示了一個示例，其中後臺執行緒在啟動階段從資料庫載入一些資料。其他程式碼在能夠利用這些資料時，在使用之前將檢查這些資料是否曾經發布過。

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="font-size: 14px;">                
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);
        }
    }
}
</span></span>

如果 theFlooble 引用不是 volatile 型別，doWork() 中的程式碼在解除對 theFlooble 的引用時，將會得到一個不完全構造的 Flooble。

該模式的一個必要條件是：被髮布的物件必須是執行緒安全的，或者是有效的不可變物件（有效不可變意味著物件的狀態在釋出之後永遠不會被修改）。volatile 型別的引用可以確保物件的釋出形式的可見性，但是如果物件的狀態在釋出後將發生更改，那麼就需要額外的同步。

模式 #3：獨立觀察（independent observation）

安全使用 volatile 的另一種簡單模式是：定期 “釋出” 觀察結果供程式內部使用。例如，假設有一種環境感測器能夠感覺環境溫度。一個後臺執行緒可能會每隔幾秒讀取一次該感測器，並更新包含當前文件的 volatile 變數。然後，其他執行緒可以讀取這個變數，從而隨時能夠看到最新的溫度值。

使用該模式的另一種應用程式就是收集程式的統計資訊。清單 4 展示了身份驗證機制如何記憶最近一次登入的使用者的名字。將反覆使用 lastUser 引用來發布值，以供程式的其他部分使用。

清單 4. 將 volatile 變數用於多個獨立觀察結果的釋出

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="font-size: 14px;">                
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;
    }
} 
</span></span>

該模式是前面模式的擴充套件；將某個值釋出以在程式內的其他地方使用，但是與一次性事件的釋出不同，這是一系列獨立事件。這個模式要求被髮布的值是有效不可變的 —— 即值的狀態在釋出後不會更改。使用該值的程式碼需要清楚該值可能隨時發生變化。

模式 #4：“volatile bean” 模式

volatile bean 模式適用於將 JavaBeans 作為“榮譽結構”使用的框架。在 volatile bean 模式中，JavaBean 被用作一組具有 getter 和/或 setter 方法 的獨立屬性的容器。volatile bean 模式的基本原理是：很多框架為易變資料的持有者（例如 HttpSession）提供了容器，但是放入這些容器中的物件必須是執行緒安全的。

在 volatile bean 模式中，JavaBean 的所有資料成員都是 volatile 型別的，並且 getter 和 setter 方法必須非常普通 —— 除了獲取或設定相應的屬性外，不能包含任何邏輯。此外，對於物件引用的資料成員，引用的物件必須是有效不可變的。（這將禁止具有陣列值的屬性，因為當陣列引用被宣告為 volatile 時，只有引用而不是陣列本身具有 volatile 語義）。對於任何 volatile 變數，不變式或約束都不能包含 JavaBean 屬性。清單 5 中的示例展示了遵守 volatile bean 模式的 JavaBean：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="font-size: 14px;">                
@ThreadSafe
public class Person {
    private volatile String firstName;
    private volatile String lastName;
    private volatile int age;

    public String getFirstName() { return firstName; }
    public String getLastName() { return lastName; }
    public int getAge() { return age; }

    public void setFirstName(String firstName) { 
        this.firstName = firstName;
    }

    public void setLastName(String lastName) { 
        this.lastName = lastName;
    }

    public void setAge(int age) { 
        this.age = age;
    }
}
</span></span>

volatile 的高階模式

前面幾節介紹的模式涵蓋了大部分的基本用例，在這些模式中使用 volatile 非常有用並且簡單。這一節將介紹一種更加高階的模式，在該模式中，volatile 將提供效能或可伸縮性優勢。

volatile 應用的的高階模式非常脆弱。因此，必須對假設的條件仔細證明，並且這些模式被嚴格地封裝了起來，因為即使非常小的更改也會損壞您的程式碼！同樣，使用更高階的 volatile 用例的原因是它能夠提升效能，確保在開始應用高階模式之前，真正確定需要實現這種效能獲益。需要對這些模式進行權衡，放棄可讀性或可維護性來換取可能的效能收益 —— 如果您不需要提升效能（或者不能夠通過一個嚴格的測試程式證明您需要它），那麼這很可能是一次糟糕的交易，因為您很可能會得不償失，換來的東西要比放棄的東西價值更低。

模式 #5：開銷較低的讀－寫鎖策略

目前為止，您應該瞭解了 volatile 的功能還不足以實現計數器。因為 ++x 實際上是三種操作（讀、新增、儲存）的簡單組合，如果多個執行緒湊巧試圖同時對 volatile 計數器執行增量操作，那麼它的更新值有可能會丟失。

然而，如果讀操作遠遠超過寫操作，您可以結合使用內部鎖和 volatile 變數來減少公共程式碼路徑的開銷。清單 6 中顯示的執行緒安全的計數器使用 synchronized 確保增量操作是原子的，並使用 volatile 保證當前結果的可見性。如果更新不頻繁的話，該方法可實現更好的效能，因為讀路徑的開銷僅僅涉及 volatile 讀操作，這通常要優於一個無競爭的鎖獲取的開銷。

<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span style="font-size: 14px;">                
@ThreadSafe
public class CheesyCounter {
    // Employs the cheap read-write lock trick
    // All mutative operations MUST be done with the 'this' lock held
    @GuardedBy("this") private volatile int value;

    public int getValue() { return value; }

    public synchronized int increment() {
        return value++;
    }
}
</span></span>

之所以將這種技術稱之為 “開銷較低的讀－寫鎖” 是因為您使用了不同的同步機制進行讀寫操作。因為本例中的寫操作違反了使用 volatile 的第一個條件，因此不能使用 volatile 安全地實現計數器 —— 您必須使用鎖。然而，您可以在讀操作中使用 volatile 確保當前值的可見性，因此可以使用鎖進行所有變化的操作，使用 volatile 進行只讀操作。其中，鎖一次只允許一個執行緒訪問值，volatile 允許多個執行緒執行讀操作，因此當使用 volatile 保證讀程式碼路徑時，要比使用鎖執行全部程式碼路徑獲得更高的共享度 —— 就像讀－寫操作一樣。然而，要隨時牢記這種模式的弱點：如果超越了該模式的最基本應用，結合這兩個競爭的同步機制將變得非常困難。

關於指令重排序與Happens-before法則

指令重排序

Java語言規範規定了JVM執行緒內部維持順序化語義，也就是說只要程式的最終結果等同於它在嚴格的順序化環境下的結果，那麼指令的執行順序就可能與程式碼的順序不一致。這個過程通過叫做指令的重排序。指令重排序存在的意義在於：JVM能夠根據處理器的特性（CPU的多級快取系統、多核處理器等）適當的重新排序機器指令，使機器指令更符合CPU的執行特點，最大限度的發揮機器的效能。

程式執行最簡單的模型是按照指令出現的順序執行，這樣就與執行指令的CPU無關，最大限度的保證了指令的可移植性。這個模型的專業術語叫做順序化一致性模型。但是現代計算機體系和處理器架構都不保證這一點（因為人為的指定並不能總是保證符合CPU處理的特性）。

Happens-before法則

Java儲存模型有一個happens-before原則，就是如果動作B要看到動作A的執行結果（無論A/B是否在同一個執行緒裡面執行），那麼A/B就需要滿足happens-before關係。

在介紹happens-before法則之前介紹一個概念：JMM動作（Java Memeory Model Action），Java儲存模型動作。一個動作（Action）包括：變數的讀寫、監視器加鎖和釋放鎖、執行緒的start()和join()。後面還會提到鎖的的。

happens-before完整規則：

（1）同一個執行緒中的每個Action都happens-before於出現在其後的任何一個Action。

（2）對一個監視器的解鎖happens-before於每一個後續對同一個監視器的加鎖。

（3）對volatile欄位的寫入操作happens-before於每一個後續的同一個欄位的讀操作。

（4）Thread.start()的呼叫會happens-before於啟動執行緒裡面的動作。

（5）Thread中的所有動作都happens-before於其他執行緒檢查到此執行緒結束或者Thread.join（）中返回或者Thread.isAlive()==false。

（6）一個執行緒A呼叫另一個另一個執行緒B的interrupt（）都happens-before於執行緒A發現B被A中斷（B丟擲異常或者A檢測到B的isInterrupted（）或者interrupted()）。

（7）一個物件建構函式的結束happens-before與該物件的finalizer的開始

（8）如果A動作happens-before於B動作，而B動作happens-before與C動作，那麼A動作happens-before於C動作。

轉載： http://blog.csdn.net/vernonzheng/article/details/8201744