Проблема многопоточности — локальный кэш. Volatile

— Привет, Амиго! Помнишь, Элли тебе рассказывала про проблемы при одновременном доступе нескольких нитей к общему (разделяемому) ресурсу?

— Да.

— Так вот – это еще не все. Есть еще небольшая проблема.

Как ты знаешь, в компьютере есть память, где хранятся данные и команды (код), а также процессор, который исполняет эти команды и работает с данными. Процессор считывает данные из памяти, изменяет и записывает их обратно в память. Чтобы ускорить работу процессора в него встроили свою «быструю» память – кэш.

Чтобы ускорить свою работу, процессор копирует самые часто используемые переменные из области памяти в свой кэш и все изменения с ними производит в этой быстрой памяти. А после – копирует обратно в «медленную» память. Медленная память все это время содержит старые(!) (неизмененные) значения переменных.

И тогда может возникнуть проблема. Одна нить меняет переменную, такую как isCancel или isInterrupted из примера ниже, а вторая нить «не видит» этого изменения, т.к. оно было совершено в быстрой памяти. Это следствие того, что нити не имеют доступа к кэшу друг друга. (Процессор часто содержит несколько независимых ядер и нити физически могут исполняться на разных ядрах.)

Вспомним вчерашний пример:

class Clock implements Runnable
{
private boolean isCancel = false;

public void cancel()
{
this.isCancel = true;
}

public void run()
{
while (!this.isCancel)
{
Thread.sleep(1000);
System.out.println("Tik");
}
}
}

public void run()
{
boolean isCancelCached = this.isCancel;
while (!isCancelCached)
{
Thread.sleep(1000);
System.out.println("Tik");
}
}

public static void main(String[] args)
{
Clock clock = new Clock();
Thread clockThread = new Thread(clock);
clockThread.start();

Thread.sleep(10000);
clock.cancel();
}

— Ничего себе! А для этой проблемы тоже придумали красивое решение, как в случае с synchronized?

— Ты не поверишь!

Сначала думали отключить работу с кэшем, но потом оказалось, что из-за этого программы работают в разы медленнее. Тогда придумали другое решение.

Было придумано специальное ключевое слово volatile. Помещение его перед определением переменной запрещало помещать ее значение в кэш. Вернее не запрещало помещать в кэш, а просто принудительно всегда читало и писало ее только в обычную (медленную) память.

Вот как нужно исправить наше решение, чтобы все стало отлично работать:

class Clock implements Runnable
{
private volatile boolean isCancel = false;

public void cancel()
{
this.isCancel = true;
}

public void run()
{
while (!this.isCancel)
{
Thread.sleep(1000);
System.out.println("Tik");
}
}
}

public static void main(String[] args)
{
Clock clock = new Clock();
Thread clockThread = new Thread(clock);
clockThread.start();

Thread.sleep(10000);
clock.cancel();
}

— И все?

— Да. Просто и красиво.