如何強制所有線程使用變量的最新值而不必使用volatile？

Question

我有一個線程使用全局變量的多線程應用程序。而且這個變量在主線程中只更新一次。

什麼是確保所有其他線程在更新時都取最新值的最佳方法？

將此變量定義爲volatile會影響性能，因爲我需要僅在幾天內更新它。

Answer 1

聲明你變量爲volatile，你就完成了。

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......但的確如此，在某些情況下可以優化對變量的訪問。您希望100％確定沒有其他變量與您的變量共享緩存行。爲什麼？因爲如果沒有共享發生，則在S（共享）狀態下，所有內核的CPU高速緩存中都有最新版本的變量的副本。讀取這個變量很快就好像它沒有被聲明爲volatile。但是，如果有其他數據與變量共享緩存行，並且這些其他數據經常被修改（例如每微秒），那麼將阻止希望讀取變量的線程，而最新的變量值將從此緩存中傳輸另一個數據已更新。

爲了證明上述情況，這裏的程序：

import java.util.concurrent.TimeUnit; 

public class CacheLineSharing { 

    static class Holder { 
     volatile long pad0; 
     volatile long pad1; 
     volatile long pad2; 
     volatile long pad3; 
     volatile long pad4; 
     volatile long pad5; 
     volatile long pad6; // either pad6 or pad7 shares cache line with x 
     volatile long x = INIT_VALUE; 
     volatile long pad7; 
     volatile long pad8; 
     volatile long pad9; 
     volatile long pad10; 
     volatile long pad11; 
     volatile long pad12; 
     volatile long pad13; 

     volatile long pad14; // definitely in different cache line than x 
    } 

    static final int INIT_VALUE = 0; 
    static final int START_VALUE = 1; 
    static final int FINISH_VALUE = 2; 

    static class MyThread extends Thread { 
     Holder holder; 
     MyThread(Holder holder) { 
      this.holder = holder; 
     } 
     @Override 
     public void run() { 
      while (holder.x != START_VALUE); 

      long cycles = 0; 
      while (holder.x != FINISH_VALUE) { 
       cycles++; 
      } 
      System.out.println(String.format("cycles=%d", cycles)); 
     } 
    } 

    public static void main(String[] args) throws Exception { 
     Holder holder = new Holder(); 

     for (int i = 0; i < 4; i++) { 
      new MyThread(holder).start(); 
     } 

     long ts = System.nanoTime(); 
     holder.x = START_VALUE; 
     for (int i = 0; i < 1000000000; i++) { 
      //holder.pad6 = i; 
      holder.pad14 = i; 
     } 
     holder.x = FINISH_VALUE; 
     long nanoes = System.nanoTime() - ts; 
     System.out.println(String.format("millis=%d", TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(nanoes))); 
    } 
} 

我們的目標變量是x我們衡量如何快速讀取它的值。在我們不斷更新pad6變量第一種情況下（它有6 7 x機會共享高速緩存行的）：每秒

millis=4317 
cycles=584637722 
cycles=655006968 
cycles=1214910177 
cycles=1133123641 

〜280K迭代最快螺紋

現在同樣的程序更新pad14變量不與共享x高速緩存行（現代英特爾CPU具有64個字節高速緩存行= 8的java多頭）：每秒

cycles=1857323945 
cycles=2034309531 
cycles=1820202891 
millis=1363 
cycles=2083430201 

〜1335K迭代即使對於slowe st線程。

快4.75倍！因此，如果你對優化感到非常憤怒，那麼在你之前和之後的7個多長時間內，你的變量需要填充7個長整型。