volatile 易变的，不稳定的

迷南。 2021-09-15 23:36 126阅读 0赞

volatile是一个类型[修饰符][Link 1]（type specifier），就像大家更熟悉的const一样，它是被设计用来修饰被不同线程访问和修改的[变量][Link 2]。volatile的作用是作为指令[关键字][Link 3]，确保本条指令不会因[编译器][Link 4]的优化而省略，且要求每次直接读值。

volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，[编译器][Link 4]就不会去假设这个变量的值了。

## 作用 ##

编辑

简单地说就是防止编译器对代码进行优化。比如如下程序：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 </td> 
 <td> <code>XBYTE[2]=0x55;</code> <code>XBYTE[2]=0x56;</code> <code>XBYTE[2]=0x57;</code> <code>XBYTE[2]=0x58;</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

对外部硬件而言，上述四条语句分别表示不同的操作，会产生四种不同的动作，但是编译器却会对上述四条语句进行优化，认为只有XBYTE\[2\]=0x58（即忽略前三条语句，只产生一条机器代码）。如果键入volatile，则编译器会逐一地进行编译并产生相应的机器代码（产生四条代码）。

## 例子 ##

编辑

精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在[寄存器][Link 5]里的备份。下面是volatile变量的几个例子：

1）并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器）

2）一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables)

3）多线程应用中被几个任务共享的变量

这是区分C程序员和[嵌入式系统][Link 6]程序员的最基本的问题：嵌入式系统程序员经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求使用volatile变量。不懂得volatile内容将会带来灾难。

假设被面试者正确地回答了这个问题（嗯，怀疑是否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是真正懂得volatile完全的重要性。

1）一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。

2）一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。

3）下面的函数被用来计算某个整数的平方，它能实现预期设计目标吗？如果不能，试回答存在什么问题：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 </td> 
 <td> <code>int</code>&nbsp;<code>square(</code><code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>*ptr)</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>((*ptr)&nbsp;*&nbsp;(*ptr));</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

下面是答案：

1）是的。一个例子是只读的[状态寄存器][Link 7]。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。

2）是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的[指针][Link 8]时。

3）这段代码是个恶作剧。这段代码的目的是用来返指针\*ptr指向值的平方，但是，由于\*ptr指向一个volatile型参数，[编译器][Link 4]将产生类似下面的代码：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 </td> 
 <td> <code>int</code>&nbsp;<code>square(</code><code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code><code>*&nbsp;&amp;ptr)</code><code>//这里参数应该申明为引用，不然函数体里只会使用副本，外部没法更改</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>a,b;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>a&nbsp;=&nbsp;*ptr;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>b&nbsp;=&nbsp;*ptr;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>a*b;</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

由于\*ptr的值可能在两次取值语句之间发生改变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返回的不是你所期望的平方值！正确的代码如下：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 </td> 
 <td> <code>long</code>&nbsp;<code>square(</code><code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code><code>*ptr)</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>a;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>a&nbsp;=&nbsp;*ptr;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>a*a;</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

讲讲个人理解：

关键在于两个地方：

⒈[编译器][Link 4]的优化（请高手帮我看看下面的理解）

在本次线程内，当读取一个变量时，为提高存取速度，编译器优化时有时会先把变量读取到一个寄存器中；以后再取变量值时，就直接从寄存器中取值；

当变量值在本线程里改变时，会同时把变量的新值copy到该寄存器中，以便保持一致

当变量在因别的线程等而改变了值，该寄存器的值不会相应改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

当该[寄存器][Link 5]在因别的线程等而改变了值，原变量的值不会改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致

举一个不太准确的例子：

发薪资时，会计每次都把员工叫来登记他们的银行卡号；一次会计为了省事，没有即时登记，用了以前登记的银行卡号；刚好一个员工的银行卡丢了，已挂失该银行卡号；从而造成该员工领不到工资

员工 －－ 原始变量地址

银行卡号 －－ 原始变量在寄存器的备份

⒉ 在什么情况下会出现

1）并行设备的硬件寄存器

2）一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables)

3）多线程应用中被几个任务共享的变量

补充：volatile应该解释为“直接存取原始内存地址”比较合适，“易变的”这种解释简直有点误导人；

“易变”是因为外在因素引起的，像多线程，中断等，并不是因为用volatile修饰了的变量就是“易变”了，假如没有外因，即使用volatile定义，它也不会变化；

而用volatile定义之后，其实这个变量就不会因外因而变化了，可以放心使用了； 大家看看前面那种解释（易变的）是不是在误导人

volatile[关键字][Link 3]是一种类型[修饰符][Link 1]，用它声明的类型变量表示可以被某些[编译器][Link 4]未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

使用该关键字的例子如下：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 </td> 
 <td> <code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>vint;</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。而且读取的数据立刻被保存。

例如：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 </td> 
 <td> <code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>i=10;</code> <code>int</code>&nbsp;<code>a=i;</code> <code>//...</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

//其他代码，并未明确告诉[编译器][Link 4]，对i进行过操作

volatile 指出 i是随时可能发生变化的，每次使用它的时候必须从i的地址中读取，因而编译器生成的汇编代码会重新从i的地址读取数据放在b中。而优化做法是，由于编译器发现两次从i读数据的代码之间的代码没有对i进行过操作，它会自动把上次读的数据放在b中。而不是重新从i里面读。这样一来，如果i是一个[寄存器变量][Link 9]或者表示一个端口数据就容易出错，所以说volatile可以保证对特殊地址的稳定访问。

注意，在vc6中，一般调试模式没有进行代码优化，所以这个[关键字][Link 3]的作用看不出来。下面通过插入汇编代码，测试有无volatile关键字，对程序最终代码的影响：

首先，用classwizard建一个win32 console工程，插入一个voltest.cpp文件，输入下面的代码：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 </td> 
 <td> <code>#include&lt;stdio.h&gt;</code> &nbsp; <code>void</code>&nbsp;<code>main(</code><code>int</code>&nbsp;<code>argc,</code><code>char</code>&nbsp;<code>*argv[])</code> &nbsp; <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp; <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>i&nbsp;=&nbsp;10;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp; <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>a&nbsp;=&nbsp;i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code>&nbsp; <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>"i=%d"</code><code>,a);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//下面汇编语句的作用就是改变内存中i的值，但是又不让编译器知道</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>__asm</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>mov&nbsp;dword&nbsp;ptr[ebp-4],20h</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>b&nbsp;=&nbsp;i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>"i=%d"</code><code>,b);</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

然后，在调试版本模式运行程序，输出结果如下：

i = 10

i = 32

然后，在release版本模式运行程序，输出结果如下：

i = 10

输出的结果明显表明，release模式下，[编译器][Link 4]对代码进行了优化，第二次没有输出正确的i值。下面，我们把 i的声明加上volatile[关键字][Link 3]，看看有什么变化：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 </td> 
 <td> <code>#include&lt;stdio.h&gt;</code> <code>void</code>&nbsp;<code>main(</code><code>int</code>&nbsp;<code>argc,</code><code>char</code>&nbsp;<code>*argv[])</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>i&nbsp;=&nbsp;10;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>a&nbsp;=&nbsp;i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>"i=%d"</code><code>,a);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>__asm</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>`&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;mov&nbsp;dword&nbsp;ptr[ebp-4],20h</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>int</code>&nbsp;<code>b&nbsp;=&nbsp;i;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>printf</code><code>(</code><code>"i=%d"</code><code>,b);</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

分别在调试版本和release版本运行程序，输出都是：

i = 10

i = 32

这说明这个[关键字][Link 3]发挥了它的作用！

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

volatile对应的变量可能在你的程序本身不知道的情况下发生改变

比如多线程的程序，共同访问的内存当中，多个程序都可以操纵这个变量

你自己的程序，是无法判定何时这个变量会发生变化

还比如，他和一个外部设备的某个状态对应，当外部设备发生操作的时候，通过驱动程序和中断事件，系统改变了这个变量的数值，而你的程序并不知道。

对于volatile类型的变量，系统每次用到他的时候都是直接从对应的内存当中提取，而不会利用cache当中的原有数值，以适应它的未知何时会发生的变化，系统对这种变量的处理不会做优化——显然也是因为它的数值随时都可能变化的情况。

\--------------------------------------------------------------------------------

典型的例子

这个语句用来测试空循环的速度的

但是[编译器][Link 4]肯定要把它优化掉，根本就不执行

如果你写成

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 </td> 
 <td> <code>for</code><code>(</code><code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>i=0;&nbsp;i&lt;100000;&nbsp;i++);</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

它就会执行了

volatile的本意是“易变的”

由于访问[寄存器][Link 5]的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 </td> 
 <td> <code>static</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>i&nbsp;=&nbsp;0;</code> <code>int</code>&nbsp;<code>main(</code><code>void</code><code>)</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//...</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>while</code><code>(1)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(i)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>dosomething();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> <code>/*Interruptserviceroutine.*/</code> <code>void</code>&nbsp;<code>ISR_2(</code><code>void</code><code>)</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>i=1;</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

程序的本意是希望ISR\_2中断产生时，在main当中调用dosomething函数，但是，由于编译器判断在[main函数][main]里面没有修改过i，因此

可能只执行一次对从i到某[寄存器][Link 5]的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致dosomething永远也不会被调用。如果将变量加上volatile修饰，则[编译器][Link 4]保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。

## 使用地方 ##

编辑

一般说来，volatile用在如下的几个地方：

1、[中断服务程序][Link 10]中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；

2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；

3、[存储器映射][Link 11]的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能有不同意义；

另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实现，2 中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。

## 代码 ##

编辑

下面我们来一个个说明。

考虑下面的代码：

代码：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 </td> 
 <td> <code>classGadget</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code><code>:</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>void</code>&nbsp;<code>Wait()</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>while</code><code>(!flag_)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>Sleep（1000);</code><code>//sleeps&nbsp;for&nbsp;1000milli&nbsp;seconds</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>void</code>&nbsp;<code>Wakeup()</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>flag_=</code><code>true</code><code>;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//...</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code><code>:</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>bool</code>&nbsp;<code>flag_;</code> <code>};</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

上面代码中Gadget::Wait的目的是每过一秒钟去检查一下flag\_成员变量，当flag\_被另一个线程设为true时，该函数才会返回。至少这是程序作者的意图，然而，这个Wait函数是错误的。

假设[编译器][Link 4]发现Sleep（1000）是调用一个外部的库函数，它不会改变成员变量flag\_，那么编译器就可以断定它可以把flag\_缓存在[寄存器][Link 5]中，以后可以访问该寄存器来代替访问较慢的主板上的内存。这对于[单线程][Link 12]代码来说是一个很好的优化，但是在现在这种情况下，它破坏了程序的正确性：当你调用了某个Gadget的Wait函数后，即使另一个线程调用了Wakeup，Wait还是会一直循环下去。这是因为flag\_的改变没有反映到缓存它的寄存器中去。[编译器][Link 4]的优化未免有点太……乐观了。

在大多数情况下，把变量缓存在寄存器中是一个非常有价值的优化方法，如果不用的话很可惜。C和C++给你提供了显式禁用这种缓存优化的机会。如果你声明变量是使用了volatile[修饰符][Link 1]，编译器就不会把这个变量缓存在寄存器里——每次访问都将去存取变量在内存中的实际位置。这样你要对Gadget的Wait/Wakeup做的修改就是给flag\_加上正确的修饰：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 </td> 
 <td> <code>class</code>&nbsp;<code>Gadget</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code><code>:</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//...as&nbsp;above...</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code><code>:</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>volatile</code>&nbsp;<code>bool</code>&nbsp;<code>flag_;</code> <code>};</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

在Java中设置变量值的操作，除了long和double类型的变量外都是[原子操作][Link 13]，也就是说，对于变量值的简单读写操作没有必要进行同步。

这在JVM 1.2之前，Java的内存模型实现总是从主存读取变量，是不需要进行特别的注意的。而随着JVM的成熟和优化，现在多线程环境下volatile[关键字][Link 3]的使用变得非常重要。

在当前的Java内存模型下，[线程][Link 14]可以把变量保存在本地内存（比如机器的寄存器）中，而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值，而另外一个线程还继续使用它在[寄存器][Link 5]中的变量值的拷贝，造成数据的不一致。

要解决这个问题，只需要像在本程序中的这样，把该变量声明为volatile（不稳定的）即可，这就指示JVM，这个变量是不稳定的，每次使用它都到主存中进行读取。一般说来，多任务环境下各任务间共享的标志都应该加volatile修饰。

Volatile修饰的[成员变量][Link 15]在每次被[线程][Link 14]访问时，都强迫从[共享内存][Link 16]中重读该成员变量的值。而且，当成员变量发生变化时，强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻，两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。

[Java语言][Java]规范中指出：为了获得最佳速度，允许线程保存共享成员变量的私有拷贝，而且只当线程进入或者离开[同步代码块][Link 17]时才与共享成员变量的原始值对比。

这样当多个线程同时与某个对象交互时，就必须要注意到要让线程及时的得到共享成员变量的变化。

而volatile[关键字][Link 3]就是提示JVM：对于这个[成员变量][Link 15]不能保存它的私有拷贝，而应直接与共享成员变量交互。

使用建议：在两个或者更多的线程访问的成员变量上使用volatile。当要访问的变量已在synchronized代码块中，或者为[常量][Link 18]时，不必使用。

由于使用volatile屏蔽掉了JVM中必要的[代码优化][Link 19]，所以在效率上比较低，因此一定在必要时才使用此[关键字][Link 3]。

## 使用方法 ##

编辑

清单 1. 非[线程安全][Link 20]的数值范围类

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 </td> 
 <td> <code>@NotThreadSafe</code> <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>NumberRange{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>lower,upper;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>getLower(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>lower;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>getUpper(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>upper;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>setLower(</code><code>int</code>&nbsp;<code>value){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(value&nbsp;&gt;&nbsp;upper)&nbsp;</code><code>throw</code>&nbsp;<code>new</code>&nbsp;<code>IllegalArgumentException(...);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>lower&nbsp;=&nbsp;value;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>setUpper(</code><code>int</code>&nbsp;<code>value){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(value&nbsp;&lt;&nbsp;lower)&nbsp;</code><code>throw</code>&nbsp;<code>new</code>&nbsp;<code>IllegalArgumentException(...);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>upper&nbsp;=&nbsp;value;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这种方式限制了范围的状态变量，因此将 lower 和 upper 字段定义为 volatile 类型不能够充分实现类的线程安全；从而仍然需要使用同步。否则，如果凑巧两个线程在同一时间使用不一致的值执行 setLower 和 setUpper 的话，则会使范围处于不一致的状态。例如，如果初始状态是 (0,5），同一时间内，线程 A 调用 setLower⑷ 并且线程 B 调用 setUpper⑶，显然这两个操作交叉存入的值是不符合条件的，那么两个线程都会通过用于保护不变式的检查，使得最后的范围值是 （4,3） —— 一个无效值。至于针对范围的其他操作，我们需要使 setLower() 和 setUpper() 操作原子化 —— 而将字段定义为 volatile 类型是无法实现这一目的的。

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 JJVM 内在的操作而言。（例如，某些情况下 JVM 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][Link 21]使用

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 </td> 
 <td> <code>volatile</code>&nbsp;<code>boolean&nbsp;shutdownRequested;</code> <code>...</code> <code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>shutdown()</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>shutdownRequested=</code><code>true</code><code>;</code> <code>}</code> <code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>doWork()</code> <code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>while</code><code>(!shutdownRequested)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//dostuff</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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][Link 21]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][Link 22]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。（这就是造成著名的双重检查锁定（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

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 </td> 
 <td> <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>BackgroundFloobleLoader{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>volatile</code>&nbsp;<code>Flooble&nbsp;theFlooble;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>initInBackground(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//dolotsofstuff</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>theFlooble&nbsp;=&nbsp;newFlooble();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//this&nbsp;is&nbsp;the&nbsp;only&nbsp;write&nbsp;to&nbsp;theFlooble</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>SomeOtherClass{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>doWork(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>while</code><code>(</code><code>true</code><code>){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//dosomestuff...</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//usetheFlooble,butonlyifitisready</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(floobleLoader.theFlooble!=</code><code>null</code><code>)doSomething(floobleLoader.theFlooble);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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][Link 20]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][Link 14]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][Link 23]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

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 </td> 
 <td> <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>UserManager{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>volatile</code>&nbsp;<code>String&nbsp;lastUser;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>boolean</code>&nbsp;<code>authenticate(String&nbsp;user,&nbsp;String&nbsp;password){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>boolean</code>&nbsp;<code>valid&nbsp;=&nbsp;passwordIsValid(user,&nbsp;password);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(valid){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>User&nbsp;u&nbsp;=&nbsp;</code><code>new</code>&nbsp;<code>User();</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>activeUsers.add(u);</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>lastUser&nbsp;=&nbsp;user;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>valid;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

模式 \#4：“volatile bean” 模式

volatile bean 模式适用于将 JavaBeans 作为“荣誉结构”使用的框架。在 volatile bean 模式中，JavaBean 被用作一组具有 getter 和/或 setter 方法 的独立属性的容器。volatile bean 模式的基本原理是：很多框架为易变数据的持有者（例如 HttpSession）提供了容器，但是放入这些容器中的对象必须是线程安全的。

在 volatile bean 模式中，JavaBean 的所有[数据成员][Link 24]都是 volatile 类型的，并且 getter 和 setter 方法必须非常普通 —— 除了获取或设置相应的属性外，不能包含任何逻辑。此外，对于[对象引用][Link 25]的数据成员，引用的对象必须是有效不可变的。（这将禁止具有[数组][Link 26]值的属性，因为当数组引用被声明为 volatile 时，只有引用而不是数组本身具有 volatile 语义）。对于任何 volatile变量，不变式或约束都不能包含 JavaBean 属性。清单 5 中的示例展示了遵守 volatile bean 模式的 JavaBean：

清单 5. 遵守 volatile bean 模式的 Person 对象

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 </td> 
 <td> <code>@ThreadSafe</code> <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>Person{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code>&nbsp;<code>volatile</code>&nbsp;<code>String&nbsp;firstName;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code>&nbsp;<code>volatile</code>&nbsp;<code>String&nbsp;lastName;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code>&nbsp;<code>volatile</code>&nbsp;<code>intage;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>String&nbsp;getFirstName(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>firstName;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>String&nbsp;getLastName(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>lastName;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>getAge(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>age;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>setFirstName(String&nbsp;firstName){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>this</code><code>.firstName&nbsp;=&nbsp;firstName;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>setLastName(String&nbsp;lastName){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>this</code><code>.lastName&nbsp;=&nbsp;lastName;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>void</code>&nbsp;<code>setAge(</code><code>int</code>&nbsp;<code>age){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>this</code><code>.age&nbsp;=&nbsp;age;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

volatile 的高级模式

前面几节介绍的模式涵盖了大部分的基本用例，在这些模式中使用 volatile 非常有用并且简单。这一节将介绍一种更加高级的模式，在该模式中，volatile 将提供性能或可伸缩性优势。

volatile 应用的的高级模式非常脆弱。因此，必须对假设的条件仔细证明，并且这些模式被严格地封装了起来，因为即使非常小的更改也会损坏您的代码！同样，使用更高级的 volatile 用例的原因是它能够提升性能，确保在开始应用高级模式之前，真正确定需要实现这种性能获益。需要对这些模式进行权衡，放弃可读性或可维护性来换取可能的性能收益 —— 如果您不需要提升性能（或者不能够通过一个严格的[测试程序][Link 27]证明您需要它），那么这很可能是一次糟糕的交易，因为您很可能会得不偿失，换来的东西要比放弃的东西价值更低。

模式 \#5：开销较低的读－写锁策略

目前为止，您应该了解了 volatile 的功能还不足以实现计数器。因为 ++x 实际上是三种操作（读、添加、存储）的简单组合，如果多个线程凑巧试图同时对 volatile 计数器执行增量操作，那么它的更新值有可能会丢失。

然而，如果读操作远远超过写操作，您可以结合使用内部锁和 volatile变量来减少公共代码路径的开销。清单 6 中显示的[线程安全][Link 20]的计数器使用 synchronized 确保增量操作是原子的，并使用 volatile 保证当前结果的可见性。如果更新不频繁的话，该方法可实现更好的性能，因为读路径的开销仅仅涉及 volatile 读操作，这通常要优于一个无竞争的锁获取的开销。

清单 6. 结合使用 volatile 和 synchronized 实现 “开销较低的读－写锁”

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 </td> 
 <td> <code>@ThreadSafe</code> <code>public</code>&nbsp;<code>class</code>&nbsp;<code>CheesyCounter{ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//Employs&nbsp;the&nbsp;cheap&nbsp;read-write&nbsp;lock&nbsp;trick</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>//All&nbsp;mutative&nbsp;operations&nbsp;MUST&nbsp;be&nbsp;done&nbsp;with&nbsp;the&nbsp;'this'&nbsp;lock&nbsp;held</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>@GuardedBy</code><code>(</code><code>"this"</code><code>)</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>private</code>&nbsp;<code>volatile</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>value;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>getValue(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>value;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>public</code>&nbsp;<code>synchronized</code>&nbsp;<code>int</code>&nbsp;<code>increment(){ </code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code>&nbsp;<code>value++;</code> <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>}</code> <code>}</code> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

之所以将这种技术称之为 “开销较低的读－写锁” 是因为您使用了不同的同步机制进行读写操作。因为本例中的写操作违反了使用 volatile 的第一个条件，因此不能使用 volatile 安全地实现计数器 —— 您必须使用锁。然而，您可以在读操作中使用 volatile 确保当前值的*可见性*，因此可以使用锁进行所有变化的操作，使用 volatile 进行只读操作。其中，锁一次只允许一个线程访问值，volatile 允许多个线程执行读操作，因此当使用 volatile 保证读代码路径时，要比使用锁执行全部代码路径获得更高的共享度 —— 就像读－写操作一样。然而，要随时牢记这种模式的弱点：如果超越了该模式的最基本应用，结合这两个竞争的同步机制将变得非常困难。

结束语

与锁相比，Volatile变量是一种非常简单但同时又非常脆弱的同步机制，它在某些情况下将提供优于锁的性能和伸缩性。如果严格遵循 volatile 的使用条件 —— 即变量真正独立于其他变量和自己以前的值 —— 在某些情况下可以使用 volatile 代替 synchronized 来简化代码。然而，使用 volatile 的代码往往比使用锁的代码更加容易出错。本文介绍的模式涵盖了可以使用 volatile 代替 synchronized 的最常见的一些用例。遵循这些模式（注意使用时不要超过各自的限制）可以帮助您安全地实现大多数用例，使用 volatile变量获得更佳性能。

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