测试volatile变量的读写性能

本文通过对比测试展示了在Android设备上,volatile变量相对于非volatile变量的读写性能差异。测试结果显示,读操作volatile变量是非volatile变量的8.8倍耗时,写操作则是11.2倍。尽管性能下降,但在常规的Android开发中,这种影响可忽略不计,但对于计算密集型任务,需要考虑volatile的性能影响。

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volatile变量与非volatile变量的区别在于,volatile变量每次读都需要去主内存读取最新的值,每次写也需要写回到主内存;非volatile变量允许在缓存中读写以加快计算速度。显然,使用volatile的好处是不必担心在多线程的环境下,不同线程之间共享某些数据的时候出现数据更新不及时。注意,这里只是说对于volatile变量,每个线程在读写的时候的操作对象是主内存(而非各种缓存设备中该变量的拷贝),而不是简单使用volatile就能够保证绝对的线程安全。

显然,使用volatile变量比使用非volatile变量成本更高,无法利用各种缓存设备实现计算加速。那么,在Android设备的环境下,volatile变量的读写性能比之非volatile变量,究竟有多大的区别呢?用一段代码来测试一下:

    private static int AA = 10;
    private static volatile int BB = 10;

    // 测试读:
    private void test37() {
        new Thread() {
            public void run() {
                int a = 0;
                int rep = 2000000000;
                long time, time2;

                time = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "start read test ...");
                for (int i = 0 ; i < rep ; ++i) {
                    a = AA;
                }
                time2 = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "finish read test : " + (time2 - time));

                time = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "start read volatile test ...");
                for (int i = 0 ; i < rep ; ++i) {
                    a = BB;
                }
                time2 = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "finish read volatile test : " + (time2 - time));

                Log.i("TEST_VOLATILE", "" + a);
            }
        }.start();
    }

    // 测试写:
    private void test38() {
        new Thread() {
            public void run() {
                int a = 0;
                int rep = 2000000000;
                long time, time2;

                time = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "start write test ...");
                for (int i = 0 ; i < rep ; ++i) {
                    AA = i;
                }
                time2 = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "finish write test : " + (time2 - time));

                time = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "start write volatile test ...");
                for (int i = 0 ; i < rep ; ++i) {
                    BB = i;
                }
                time2 = System.currentTimeMillis();
                Log.i("TEST_VOLATILE", "finish write volatile test : " + (time2 - time));

                Log.i("TEST_VOLATILE", "" + AA + "," + BB);
            }
        }.start();
    }

上述测试代码中,AA和BB是类静态变量,在方法区中,BB为volatile类型。测试程序分别对AA和BB做20亿次读写,比较耗时。运行结果如下(耗时单位毫秒):

读:

序次非volatilevolatile
11130060788
2281434539
3281434533
4281135057
5281034535
平均451039890

写:

序次非volatilevolatile
11173346776
2217445977
3239445956
4222046640
5223147112
平均415046492

以上测试运行于小米5,基于android 7.0

我们看到,对于读20亿次,volatile变量大概是非volatile变量的8.8倍耗时。
20亿次写,volatile变量大概是非volatile变量的11.2倍耗时。

首先,这是放大到20亿倍以后的耗时情况,就一次读写而言,二者之间的差异已经无法感知,所以对于android端开发,大可不必担心使用volatile导致性能下降。当然,如果是计算密集型的任务,比如服务器的某些大规模的数据处理,就要考虑volatile导致的性能下降了。

就读写两种情况比较而言,显然,非volatile使用的缓存机制对于写的性能提升更明显。

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