易失性哈希图的特征答案

【问题标题】：Characteristics of a volatile hashmap易失性哈希图的特征
【发布时间】：2014-04-08 10:12:12
【问题描述】：

我正在努力弄清楚如何将变量声明为

private volatile HashMap<Object, ArrayList<String>> data;

将在多线程环境中运行。

我的理解是volatile 表示从主内存而不是从线程缓存中获取。这意味着如果正在更新一个变量，在更新完成之前我不会看到新值并且我不会阻塞，而是我看到的是最后更新的值。（这正是我想要的顺便说一句。）

我的问题是当我检索ArrayList<String> 并在线程B 正在读取时在线程A 中添加或删除字符串时，volatile 关键字究竟会影响什么？仅HashMap 还是将效果扩展到HashMap 的内容（K 和V）？即当线程 B 得到一个当前正在线程 A 中修改的 ArrayList<String> 时，实际返回的是在更新开始之前存在的 ArrayList<String> 的最后一个值。

为了清楚起见，假设更新添加了 2 个字符串。线程 B 获取数组时，线程 A 中已经添加了一个字符串。线程 B 是否按照添加第一个字符串之前的状态获取数组？

【问题讨论】：

请注意，volatile 与引用有关，而不是与被引用的 Object 有关。

标签： java multithreading volatile

【解决方案1】：

这意味着如果正在更新变量，在更新完成之前我不会看到新值并且我不会阻塞，而是我看到的是最后更新的值

这是你的困惑之源。 volatile 所做的是确保对该字段的读取和写入是原子的 - 因此没有其他线程可以看到部分写入的值。

如果写入操作在写入第一个地址之后和写入第二个地址之前被抢占，则非原子长字段（在 32 位机器上占用 2 个内存地址）可能会被错误地读取。

请注意，读取/写入字段的原子性与更新HashMap 的内部状态无关。更新HashMap 的内部状态需要多条指令，这些指令作为一个整体不是原子的。这就是为什么您要使用锁来同步对HashMap 的访问。

另外，由于对引用的读/写操作总是原子的，即使该字段没有标记为 volatile，也没有 volatile 和 non-volatile HashMap 的区别，关于原子性。在这种情况下，所有 volatile 所做的就是为您提供获取-释放语义。这意味着，即使仍然允许处理器和编译器稍微重新排序您的指令，也不能将任何指令移动到 volatile 读取之上或 volatile 写入之下。

【讨论】：

volatile 不仅仅是原子读写。在 Java 中，对引用的读取和写入始终是原子的。但是，如果不使用 volatile，则执行可能看起来是非顺序一致的。
@nosid 是的，它在一定程度上引入了半栅栏，以防止内存重新排序。我的印象是这个问题更多的是关于原子性效应。我会尽快添加关于此的注释。
我只指 atomicity，因为您的整个答案是关于 atomicity，而不是关于 reordering。 JLS 明确指出 (17.7)：对引用的写入和读取始终是原子的，无论它们是作为 32 位还是 64 位值实现的。
@nosid 添加了一段关于此的内容。

【解决方案2】：

这里的volatile关键字只适用于HashMap，而不适用于其中存储的数据，本例为ArrayList。

如 HashMap 文档中所述：

注意这个实现是不同步的。如果多线程同时访问哈希映射，并且至少访问其中一个线程从结构上修改地图，它必须在外部同步。（一种结构修改是添加或删除一个或更多映射；仅仅改变与一个键关联的值实例已经包含不是结构修改。）这是通常通过同步一些自然而然的对象来完成封装地图。如果不存在这样的对象，则地图应该是使用 Collections.synchronizedMap 方法“包装”。这是最好的在创建时完成，以防止意外的不同步访问地图：
 Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));

【讨论】：

【解决方案3】：

volatile 关键字既不影响对 HashMap 的操作（例如 put、get）也不影响对HashMap 中的 ArrayLists。 volatile 关键字只影响 reads 和 writes 对 HashMap 的特定引用。同样，可以进一步引用相同的 HashMap，它们不受影响。

如果您想同步所有操作： - 参考资料 - HashMap - 和 ArrayList，然后使用额外的 Lock 对象进行同步，如下面的代码所示。

private final Object lock = new Object();
private Map<Object, List<String>> map = new HashMap<>();

// access reference
synchronized (lock) {
    map = new HashMap<>();
}

// access reference and HashMap
synchronized (lock) {
    return map.contains(42);
}

// access reference, HashMap and ArrayList
synchronized (lock) {
    map.get(42).add("foobar");
}

如果引用没有改变，可以使用HashMap进行同步（代替Lock）。

【讨论】：