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我有一个由链接节点组成的数据结构。您可以将其视为一个简单的 LinkedList。列表的每个节点都包含一些值和指向另一个节点的下一个字段，如果它是最后一个节点，则为 null。第一个节点作为根工作，它没有任何值，它只指向下一个节点。所有其他节点实际上是不可变的，即一旦它们被创建，它们的值和它们的下一个字段在生命周期内都不会改变，除非正在处理与特定情况相关的结构。

一个（只有一个）线程将新节点添加到列表的前面。它是通过构造一个新对象，设置其字段并将下一个字段设置为根指向的对象，然后将根的下一个字段设置为这个新节点来完成的。

其他节点浏览仅执行读取的结构。它们具有对根节点的引用，然后遍历其他节点，直到找到要查找的内容或到达列表的末尾。

我的问题是：是否足以使下一个字段易变？根据我对 java 内存模型的理解，如果主线程（添加新节点的线程）在添加新节点时会执行 volatile 写入，那么一切都会很好地同步，不会发生不一致。

假设在 x86 架构上读取 volatile 变量不会导致任何性能下降是否正确？由于其他线程会经常浏览读取下一个字段的结构，因此可以在没有任何内存障碍等的情况下自由完成这一点很重要。

我还有一个担忧。将要浏览结构的线程也将持有一些额外的节点。这些节点将完全是线程本地的，即它们将仅由创建它们的线程使用，并且根本不会被共享。对于这些额外的节点，下一个字段没有必要是易失的。此外，设置 volatile next 字段将产生内存屏障，这将导致不希望的性能损失。我想知道有没有办法避免这种情况。理想情况下，如果下一个字段有时作为易失性字段工作，有时作为正常字段工作，那将是完美的；）或者如果我有完全的控制权并且可以在我需要的时候自己发出内存屏障。

编辑：

我还想知道是否有可能以某种方式将所有这些写入同步到不同的 volatile 变量上？例如其他一些完全不相关的静态变量？由于 volatile 写入会刷新所有挂起的写入，难道下一个字段不是 volatile 而是在更新线程完成所有工作后写入不同的 volatile 变量吗？

对我来说它看起来不太安全，因为在关系之前没有发生任何事情，并且之前的写入可能会被重新排序。下一个字段分配可以使用值字段分配重新排序，从而导致迭代线程观察不一致的对象状态。

但也许有可能想出这样一个安全的方案？这个怎么样：

更新线程首先构造一个新对象，初始化其值字段，将其下一个字段设置为根节点指向的节点，对某个静态变量执行易失性写入，将根节点的下一个字段设置为新创建的节点

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3 回答 3

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1.

根据你在这里说的

构造一个新对象，设置它的字段并将下一个字段设置为根指向的对象，然后将根的下一个字段设置为这个新节点。

那么是的，将下一个字段设置为 volatile 将正确同步。了解原因很重要。您之前有三组写入，一组写入节点对象，一组写入字段，一组写入下一个节点（尽管不完全确定您为什么要这样做，也许我错过了一些理解）。

所以这是 2 +（N 个字段）写入。此时没有happens-before关系，如果节点写入正常，则无法保证。一旦您写入 volatile 字段，所有以前的写入现在也将可见。

2.

x86（或任何缓存一致）操作系统上的易失性读/写具有以下属性：

 volatile-read: very close to a normal read
 volatile-write: about 1/3 the time of a synchronization write 
         (whether within intrinsic locking or  j.u.c.Lock locking)

3.

看起来您将不得不创建 VolatileNode 和 Node.js。有人提议 Java 7 推出Fences API，您可以使用静态实用程序类指定要执行的读/写风格，但看起来不像发布

编辑：

Thkala 提出了一个很好的观点，我觉得值得包括

尽管应该指出 JSR133 之前的 JVM（即 Java < 5.0）没有相同的语义

所以我写的不适用于在 Java 1.4 或更低版本中运行的应用程序。

于 2011-06-29T17:17:49.397 回答
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制作该next字段将对节点类的所有volatile实例施加内存屏障，而不仅仅是根节点。我希望这比仅在根节点上使用更昂贵。此外，JVM 可能能够更好地优化方法调用。另请参见this和this。synchronizedsynchronized

也就是说，您可能应该同时尝试基准测试/配置文件以查看会发生什么。

于 2011-06-29T17:12:00.867 回答
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您的根节点实际上不需要是节点。您只需要引用第一个“真实”节点。 

public class LinkedList {
  private volatile Node firstNode;
  ...
  addNode(Node node) {
    node.next = firstNode;
    firstNode = node;
  }
}

因此，您不需要next在所有节点中使该字段易变；节点根本不同步。如果您不介意对第一个节点进行易失性访问的成本，则可以将该类用于非同步链表。firstNode或者，您可以改为简单地用非同步版本的非易失性重写类。

于 2011-06-29T23:14:13.353 回答