Từ khóa volatile trong Java dùng để làm gì?

Từ khóa volatile trong Java là một công cụ quan trọng trong việc điều phối truy cập vào biến giữa các luồng (threads). Nó giúp đảm bảo rằng các thay đổi đối với biến được nhìn thấy ngay lập tức bởi các luồng khác, giảm thiểu vấn đề đồng bộ hóa khi nhiều luồng cần truy cập và sửa đổi một biến chia sẻ. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về từ khóa volatile, cách thức hoạt động của nó, và những lưu ý khi sử dụng.

1. Định Nghĩa

Từ khóa volatile được sử dụng để khai báo một biến trong Java mà có thể được truy cập và thay đổi bởi nhiều luồng khác nhau. Khi một biến được khai báo là volatile, Java đảm bảo rằng:

• Giá trị của biến sẽ được đọc từ bộ nhớ chính (main memory), thay vì từ bộ nhớ cache của luồng. Điều này giúp đảm bảo rằng mọi thay đổi đối với biến đều được nhìn thấy ngay lập tức bởi tất cả các luồng.
• Các luồng sẽ không lưu trữ giá trị của biến trong bộ nhớ cache, mà sẽ luôn đọc giá trị từ bộ nhớ chính.

2. Cách Hoạt Động

2.1. Đọc và Ghi

Khi một luồng ghi giá trị cho một biến volatile, giá trị đó được ghi ngay vào bộ nhớ chính. Bất kỳ luồng nào khác đọc giá trị của biến đó sẽ luôn thấy giá trị mới nhất.

2.2. Tình Trạng Tương Tác

volatile cũng giúp đảm bảo rằng không có luồng nào có thể nhìn thấy trạng thái không đồng bộ của biến. Điều này có nghĩa là:

• Nếu một luồng viết vào biến volatile, và sau đó luồng khác đọc biến đó, luồng đọc sẽ nhận được giá trị đã được cập nhật.
• Các thay đổi đối với biến volatile sẽ luôn được nhìn thấy bởi tất cả các luồng.

3. Ví Dụ Sử Dụng

Dưới đây là một ví dụ đơn giản về cách sử dụng từ khóa volatile:

public class VolatileExample {
    private volatile boolean running = true;

    public void run() {
        while (running) {
            // Thực hiện một số tác vụ
        }
    }

    public void stop() {
        running = false; // Cập nhật giá trị biến volatile
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VolatileExample example = new VolatileExample();
        Thread thread = new Thread(example::run);
        thread.start();

        // Đợi 1 giây trước khi dừng
        Thread.sleep(1000);
        example.stop(); // Ghi giá trị false vào biến volatile

        thread.join(); // Chờ luồng hoàn thành
    }
}

Trong ví dụ trên, biến running được khai báo là volatile. Khi phương thức stop() được gọi, giá trị của running được cập nhật thành false, và điều này ngay lập tức được nhìn thấy bởi luồng đang thực hiện phương thức run().

4. Sự Khác Biệt với synchronized

• Synchronized: Đảm bảo rằng chỉ có một luồng có thể truy cập vào khối mã trong một thời điểm nhất định và đồng bộ hóa trạng thái của biến. Tuy nhiên, nó có thể tạo ra overhead đáng kể do phải quản lý các khóa (locks).
• Volatile: Đảm bảo tính đồng bộ của biến mà không cần khóa. Tuy nhiên, nó chỉ đảm bảo việc nhìn thấy thay đổi, không đảm bảo tính nhất quán của nhiều biến.

5. Lưu Ý Khi Sử Dụng Volatile

• Không thay thế cho synchronized: volatile không thể thay thế cho synchronized trong trường hợp các biến phụ thuộc vào nhau hoặc có các thao tác phức tạp hơn.
• Chỉ sử dụng cho biến đơn: volatile không phù hợp cho các biến phức tạp hoặc khi bạn cần kiểm tra và cập nhật nhiều giá trị một cách đồng thời.

6. Kết Luận

Từ khóa volatile trong Java là một công cụ hữu ích để đồng bộ hóa truy cập vào các biến chia sẻ giữa nhiều luồng. Nó đảm bảo rằng mọi thay đổi đối với biến volatile đều được nhìn thấy ngay lập tức bởi tất cả các luồng, giảm thiểu vấn đề đồng bộ hóa. Tuy nhiên, volatile không thay thế cho các cơ chế đồng bộ hóa phức tạp hơn, như synchronized, và nên được sử dụng một cách thận trọng.