什么时候使用 volatile 关键字?

想必大家平时都见过volatile关键字,可是你知道什么时候需要使用volatile关键字吗?
直接看下面代码:
这段程序编译时,如果编译器发现程序始终没有企图改变a的值,那它可能就会优化这段代码,变成while(true)的死循环使得程序执行的更快,然而编译器有时候也会做过度优化,它有时候可能没有意识到程序会改变a的值,却做了这种优化导致程序没有产生预期的行为。
这里为了产生预期的行为,需要阻止编译器做这种优化,可以使用volatile关键字修饰。
volatile关键字和const关键字相对应,const关键字告诉编译器其修饰的变量是只读的,编译器根据只读属性做一些操作,而volatile关键字告诉编译器其修饰的变量是易变的,同理编译器根据易变属性也会做一些操作。它会确保修饰的变量每次都读操作都从内存里读取,每次写操作都将值写到内存里。volatile关键字就是给编译器做个提示,告诉编译器不要对修饰的变量做过度的优化,提示编译器该变量的值可能会以其它形式被改变。
volatile修饰结构体时,结构体的成员也是volatile的吗?
答案是结构体内所有的都是volatile,引用c++标准里的一句话:
这里大体可以理解为一个对象是volatile,那对象里所有的成员也都是volatile。其实const和volatile可以理解为是硬币的两面,我们经常听到看到传说中的CV修饰词就是const和volatile关键字。
volatile可以保证原子性吗?
想必大家都知道答案,volatile只保证内存可见性,不能保证操作是原子的,拿i++举例:
i++ 相当于i=i+1,而i=i+1其实可以分解为好几步:
先读取i的值到tmp
增加tmp的值
把tmp的值写回到i的地址里
而volatile只能保证内存可见,可以理解为上述三步中的每一步都是原子的,但是三步合起来却不一定是原子的,因为在多线程中三步中间可能插入一些其它操作改变了预期的行为,所以volatile不能用在多线程中,多线程中的原子操作还是需要使用atomic。单例的double check方法中instance变量为什么需要使用volatile修饰也是这个原理。
小总结
volatile不能解决任何多线程安全问题,针对特种内存才需要使用volatile,它和atomic的特点如下:
std::atomic用于多线程访问的数据,且不用互斥量,用于并发编程中
volatile用于读写操作不可以被优化掉的内存,用于特种内存中,而且它只有这一个作用
参考资料
https://stackoverflow.com/questions/4437527/why-do-we-use-volatile-keyword
https://stackoverflow.com/questions/72552/why-does-volatile-exist
https://stackoverflow.com/questions/19744508/volatile-vs-atomic
https://blog.csdn.net/bdss58/article/details/44813597
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