来看这个代码:
int fun(int& a) { int b = a; int c = a; return a+b+c; } int main() { int a=1; //.........做一些和a无关的事 return fun(a); }
这个代码是很好优化的,因为编译器知道a的值是1,参考上下文,编译器又能知道b和c的值也是1,而且根本没有人用到了a,b,c三个变量,也没有任何人在修改a,b,c三个的值,所以编译器可能就直接把这个函数优化成:int main() { return 3; }了.
这么优化有什么问题吗? 单线程没问题,但多线程就有问题了,如果是多线程,a的值虽然在当前上下文中不会被修改,但可能正在被其他线程修改啊.于是上面的优化就不对了. 那么,volatile关键字在这里就可以帮助我们了,volatile关键字提醒编译器: a可能随时被意外修改.意外的意思是虽然当前这段代码里看起来a不会变,但可能别的地方正在修改a的值哦.所谓"别的地方",某些情况下指的就是其他线程了.
那么,如果把代码修改如下:
int fun(volatile int& a) { int b = a; int c = a; return a+b+c; } int main() { volatile int a=1; //.........做一些和a无关的事 return fun(a); }
编译器就不敢优化了:
int fun(volatile int& a) { int b = a; //这里从内存读一下a吧,谁知道a还等不等于1呢 int c = a; //这里再从内存读一下a吧,谁知道a还等不等于1呢 return a+b+c; //这里也从内存读一下a吧,谁知道a还等不等于1呢 } int main() { volatile int a=1; //.........做一些和a无关的事 return fun(a); //完全不敢优化啊,鬼知道a变成多少了.... }
同理的,这段代码:
//.......... int a=0; //做一些和a无关的事 if(a==0) doSomething(); //..........
编译器会发现,a肯定等于0啊,那我还if个毛啊,直接优化掉!
//.......... int a=0; //做一些和a无关的事 doSomething(); //if被去掉了 //..........
但,一旦添加了volatile,编译器就不敢优化了.例如:
//.......... volatile int a=0; //做一些和a无关的事 if(a==0) doSomething(); //可不敢优化这里! 谁知道a变成多少了! //..........
这便是volatile的作用了.
必须补充说明,volatile和锁没有一毛钱的关系,该加锁依然需要加锁.给变量添加volatile并不会让其自动拥有一个锁.所以该加锁还得加.
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网上教程里经常见到双检锁保证单例模式的代码,简化一下,大概逻辑如下:
static int* instance; int& get_instance() { if( !instance ) { //检查如果单例的指针是0 此处有某种锁; //则在此处上锁 if( !instance ) { //再判断一次,以防等待锁期间有别的线程已经new完了 instance = new int; //确认无误则new之 } } return *instance; } int main() { int& i = get_instance(); i = 111; return 1; }
耳听为虚眼见为实,咱们看看反汇编如何(Intel ICC,O2,为了方便看反汇编禁用inline):
................... 010B1034 mov eax,dword ptr ds:[010B5100h] //读取instance指针到eax 010B1039 test eax,eax //检查eax是否为0 010B103B je get_instance+12h (010B1042h) //如果为0,则跳转下文010B1042处 ................... 010B103D //此处为下文中跳回的位置 ................... 010B1041 ret //get_instance()函数返回 ................... //010B1042从这里开始 010B1044 call dword ptr ds:[10B309Ch] //这里面call进去是malloc函数 010B104A add esp,4 //调整栈 010B104D mov dword ptr ds:[010B5100h],eax//将malloc出的写回instance地址 010B1052 jmp get_instance+0Dh (010B103Dh) //跳回前面的代码 .........................
反汇编发现什么问题没? 喂! 判断只做了一次啊!!!! 第二个if去哪里了!哪里去了? 被编译器优化掉了.... 因为这里的优化逻辑很简单:如果第一个判断某值==0成功,根本没必要去做第二个判断,因为编译器能发现此值没被这段代码修改,同时编译器认为此值也不会被其他人"意外"修改,于是,苦心积虑所做的双检锁失效了.跟没写一样.
好了,见证奇迹的时候到了,我们就改一行代码:
static int* volatile instance;
再编译一下,看看反汇编:
01201034 mov eax,dword ptr ds:[01205100h] //读取instance指针到eax 01201039 test eax,eax //检查eax是否为0 0120103B je get_instance+17h (01201047h)//如果为0,则跳转下文01201047h处 ................. 01201046 ret //get_instance()函数返回 ................. //以下为上文中跳转位置01201047: 01201047 mov eax,dword ptr ds:[01205100h] //再次读取instance指针到eax 0120104C test eax,eax //再次检查eax是否为0 0120104E jne get_instance+0Dh (0120103Dh) //如果非0,跳回上文return处 01201050 push 4 //如果还是0,往下执行malloc什么的. 01201052 call dword ptr ds:[120309Ch] //这里进去是malloc ........... 0120105B mov dword ptr ds:[01205100h],eax //将malloc好的值写回instance 01201060 jmp get_instance+0Dh (0120103Dh) //返回上文 ...........
终于,双检锁的逻辑正确了.因为volatile已经提示编译器,instance指针可能被"意外"修改.不要瞎做优化.
这里有一个要吐槽的,intel ICC用最高等级优化,不加volatile的话连第一个判断都被优化掉了,而MSVC无论怎么开优化,加不加volatile,永远两个判断全做,不愧是安全第一...
特别提醒: 实际上即使加了volatile,这样的双检锁依然不安全,只有原子操作才安全,
详情请见我的另一个答案:
对int变量赋值的操作是原子的吗？ - 知乎用户的回答
转载：
https://www.zhihu.com/question/31459750/answer/52061391
