Volatileはフィールド値のキャッシュを無効化します。どういうことかというと、Javaはスレッドがオブジェクトを参照する時にオブジェクトのフィールド値を独立して保持するキャッシュ機能が認められている。なぜキャッシュするかというと効率化の為。

複数のスレッドが同じオブジェクトのフィールド値を読み書きすると、キャッシュによって本物の値を読み取れないバグが発生する可能性があります。

どんな時に使うかというと、synchronizedでわざわざ書く必要がないただの代入とかの時に簡単に実装できるので、単純な代入の時とかに使います。

ちなみに当然ですが、volatileはfinalと同時に使えません。

サンプル

以下のコードはバグを含んでいます。

Thread1とThread2を作成します。Thread2でdoneという変数をtrueに変更することで、Thread1の処理が完了します。

しかしThread1が一生ループから抜け出せないという危険なコードです。

public class Main {
	
	public static boolean done;

	public static void main(String[] args) {
		
		done = false;
		
		Thread t1 = new Thread( () -> {
			
			System.out.println("start thread1");
			
			long count = 0;
			while(!done) {
				count++;
			}
			
			System.out.println("end count is " + String.valueOf(count));
		});
		
		
		Thread t2 = new Thread( () -> {
			System.out.println("start thread2");
			try {
				Thread.sleep(10);
				done = true;
				System.out.println("done...");
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		});
		
		t1.start();
		t2.start();
		
	}
}

start thread2

start thread1

done...

done…というログが流れているので、確実にdoneをtrueに変更しているのですがThread1は永遠にループしています。これはdoneの値をキャッシュしているために発生しています。

ここでキーワードのVolatileを利用します

public static volatile boolean done;

すると今度は処理が正常に終了します

start thread1

start thread2

done...

end count is 66617383

synchronized

もしもsynchronizedを使う場合は少し面倒ですので、今回のような場合はVolatileを利用したほうがいいですね。

public class Main {
	
	public static boolean done;
	
	public static synchronized void changeDone() {
		done = true;
	}
	
	public static synchronized boolean getDone() {
		return done;
	}

	public static void main(String[] args) {
		
		done = false;
		
		Thread t1 = new Thread( () -> {
			
			System.out.println("start thread1");
			
			long count = 0;
			//while(!done) {
			while(!getDone()) {
				count++;
			}
			
			System.out.println("end count is " + String.valueOf(count));
		});
		
		
		Thread t2 = new Thread( () -> {
			System.out.println("start thread2");
			try {
				Thread.sleep(10);
				//done = true;
				changeDone();
				System.out.println("done...");
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		});
		
		t1.start();
		t2.start();
		
	}
}

インクリメント演算子の罠

synchronizedの完全な代わりとしては使えません。インクリメント演算子の罠に引っ掛かります。

executeメソッドを呼び出す度にcountをインクリメントします。

public class Main {
	
	public static volatile int count;
	
	public static void execute() {
		count++;
		System.out.println("current" + String.valueOf(count));
	}

	public static void main(String[] args) {
		Runnable run = () -> {
			try {
				Thread.sleep(100);
				execute();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		};
		
		ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.shutdown();
	}
}

ログの結果は変動しますが、どのケースでも正しいログではありません

current4

current5

current5

current4

current4

これはsynchronizedキーワードを付けると解決します

public static synchronized void execute() {
	count++;
	System.out.println("current" + String.valueOf(count));
}

current1

current2

current3

current4

current5

この場合はvolatileキーワードは不要です

atomic

もっと簡単にインクリメント演算子と戦うにはatomicを使います。

public class Main {
	
	//public static volatile int count;
	public static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
	
	//public static synchronized void execute() {
	public static void execute() {
		//count++;
		System.out.println("current" + String.valueOf(count.incrementAndGet()));
	}

	public static void main(String[] args) {
		Runnable run = () -> {
			try {
				Thread.sleep(100);
				execute();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		};
		
		ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.execute(run);
		executor.shutdown();
	}

}

実行タイミングによって変動しますが、countに不整合はありません。

current1
current2
current4
current3
current5

スレッドが複数存在した場合に思わぬ不整合やバグが発生するので、実装時には注意が必要ですね。

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Effective Java 第3版
改訂2版　パーフェクトJava

Java | synchronizedとVolatileとAtomic