26_volatile.md

26. Volatile

Рассмотрим ключевое слово volatile.

Рассмотрим процесс выполнения потоков. Представим, что есть 2 ядра ЦП и 2 потока. Каждый из этих потоков выполняется своим ядром процессора. У каждого ядра процессора есть свой локальный кеш и эти кеши хранят наиболее часто используемые данные и инструкции, чтобы ускорить доступ к ним. Так как извлечение данных из этих кешей выполняется намного быстрее, чем из основной памяти. Именно поэтому ядра процессора склонны к тому, чтобы кешировать данные в кешах для повышения производительности.

Представим, что было запущено 2 потока: thread-printer просто выводит на консоль информацию о том, что он работает и перед каждым выводом на консоль он читает значение shouldPrint из основной памяти и если это значение true, то поток делает вывод на консоль, если shouldPrint=false, то этот поток прекращает свою работу.

Также с первым потоком был запущен поток thread-manager и этот поток отвечает за то, чтобы изменить значение переменной shouldPrint на false в основной памяти, чтобы остановить вывод на консоль, который выполняет thread-printer.

Представим, что наша программа начала свою работу и поток thread-printer начал свою работу. И поскольку этот поток очень часто читает значение переменной shouldPrint из основной памяти, то ядро процессора этого потока закеширует это значение в своем локальном кеше. И в последующем когда поток thread-printer захочет прочитать значение переменной shouldPrint он будет читать значение этой переменной из локального кеша ядра процессора, а не из основной памяти.

Допустим thread-printer поработал какое-то время и затем поток thread-manager присвоил значение false переменной shouldPrint и это значение попало в основную память.

Стоит отметить, что ядра склонны накапливать изменения в буфере, а затем за один раз все накопленные изменения добавить в основную память. Но для простоты будет считать, что после изменения thread-manager сразу обновили переменную shouldPrint в основную память.

Мы ожидаем, что после обновления переменной shouldPrint потоком thread-manager наш второй поток thread-printer увидит это изменение и прекратит свою работу, но стоит обратить внимание, что значение переменной внутри локального кеша первого ядра все еще true. А поток thread-printer будет читать значение этой переменной из локального кеша своего ядра процессора. Поэтому thread-printer не увидит изменений в основной памяти.

Поэтому нам нужен механизм, который скажет всем потокам читать значение переменной shouldPrint всегда из основной памяти, а не из локальных кешей ядер процессора, для того, чтобы все изменения сделанные 1 потоком были сразу видны другим потокам. Для этого мы можем использовать ключевое слово volatile.

Не следует использовать слово volatile без особых причин, поскольку чтение из локальных кешей выполняется быстрее, чем из основной памяти.

Также если бы переменная shouldPrint не была бы объявлена с ключевым словом volatile и 2 потока выполнялись 1 ядром процессора, то ранее рассмотренной проблемы не возникало, так как эти 2 потока разделяли бы общий локальный кеш ядра.

Пример доступен здесь.