volátil (programación informática)

En programación , se dice que una variable es volátil si su valor puede leerse o modificarse de forma asíncrona por un proceso distinto al hilo de ejecución actual . El valor de una volatilevariable puede cambiar espontáneamente por motivos como: compartir valores con otros hilos; compartir valores con manejadores de señales asíncronos ; acceder a dispositivos de hardware mediante E/S mapeada en memoria (donde los mensajes de los dispositivos periféricos se pueden recibir y enviar leyendo y escribiendo en la memoria). La compatibilidad con estos casos de uso varía considerablemente entre los lenguajes de programación que incluyen la volatilepalabra clave `volatile`. La volatilidad puede tener implicaciones en las convenciones de llamada a funciones y en cómo se almacenan, acceden y almacenan en caché las variables.

En C y C++, volatilees un calificador de tipo , como const, y es parte de un tipo (por ejemplo, el tipo de una variable o campo).

En C y C++, el comportamiento de la volatilepalabra clave `require` a veces se describe en términos de suprimir las optimizaciones de un compilador optimizador : 1) no eliminar volatilelas lecturas y escrituras existentes, 2) no agregar nuevas volatilelecturas y escrituras, y 3) no reordenar volatilelas lecturas y escrituras. Sin embargo, esta definición es solo una aproximación para quienes se inician en el lenguaje, y no se debe confiar en ella para escribir código de producción real.

En C, y por consiguiente en C++, la volatilepalabra clave tenía como objetivo: ^{[ 1 ]}

• Permitir el acceso a los dispositivos de E/S mapeados en memoria .
• Permitir la conservación de valores a través de un longjmp.
• Permitir compartir valores entre los manejadores de señales y el resto del programa en volatilesig_atomic_tobjetos.

Los estándares de C y C++ permiten escribir código portable que comparte valores entre longjmpobjetos volatile, y también permiten escribir código portable que comparte valores entre manejadores de señales y el resto del código dentro de volatilesig_atomic_tlos objetos. Cualquier otro uso de volatilela palabra clave en C y C++ es inherentemente no portable o incorrecto. En particular, escribir código con la volatilepalabra clave para dispositivos de E/S mapeados en memoria es inherentemente no portable y siempre requiere un conocimiento profundo de la implementación y plataforma específicas de C/C++ de destino.

entero estático foo ;void bar ( void ) { foo = 0 ;mientras ( foo != 255 ) {} }

void bar_optimized ( void ) { foo = 0 ;mientras ( verdadero ) {} }

entero estático volátil foo ;void bar ( void ) { foo = 0 ;mientras ( foo != 255 ) {} }

En todas las versiones modernas del lenguaje de programación Java , la volatilepalabra clave ofrece las siguientes garantías:

• volatileLas lecturas y escrituras son atómicas . En particular, las lecturas y escrituras en longcampos doubleno se interrumpirán. (La garantía atómica se aplica solo al volatilevalor primitivo o al volatilevalor de referencia, y no a ningún valor de objeto).
• Existe un único orden global para todas volatilelas lecturas y escrituras. En otras palabras, una volatilelectura leerá el valor actual (y no un valor pasado o futuro), y todas volatilelas lecturas coincidirán en un único orden global de volatileescrituras.
• volatileLas lecturas y escrituras tienen semántica de barrera de memoria de "adquisición" y "liberación" (conocida en el estándar Java como happen-before ). ^{[ 9 ] [ 10 ]} En otras palabras, volatileproporciona garantías sobre el orden relativo de las lecturas y escrituras y volatileno lecturas. En otras palabras, básicamente proporciona las mismas garantías de visibilidad de memoria que un bloque sincronizado de Java (pero sin las garantías de exclusión mutua de un bloque sincronizado ).volatilevolatile

En conjunto, estas garantías conforman volatileuna útil construcción de multihilo en Java . En particular, el algoritmo de bloqueo de doble verificaciónvolatile típico funciona correctamente en Java . ^{[ 11 ]}

En C# , volatilese asegura de que el código que accede al campo no esté sujeto a optimizaciones que no son seguras para subprocesos y que pueden ser realizadas por el compilador, el CLR o el hardware. Cuando un campo está marcado volatile, se le indica al compilador que genere una "barrera de memoria" o "valla" a su alrededor, lo que impide la reordenación de instrucciones o el almacenamiento en caché vinculados al campo. Al leer un volatilecampo, el compilador genera una valla de adquisición , que impide que otras lecturas y escrituras en el campo se muevan antes de la valla. Al escribir en un volatilecampo, el compilador genera una valla de liberación ; esta valla impide que otras lecturas y escrituras en el campo se muevan después de la valla. ^{[ 12 ]}

Solo se pueden marcar los siguientes tipos volatile: todos los tipos de referencia, Single, Boolean, Byte, SByte, Int16, UInt16, Int32, UInt32, Char, y todos los tipos enumerados con un tipo subyacente de Byte, SByte, Int16, UInt16, Int32, o UInt32. ^{[ 13 ]} (Esto excluye las estructuras de valor , así como los tipos primitivos Double, Int64, UInt64y Decimal.)

El uso de la volatilepalabra clave no admite campos que se pasan por referencia o variables locales capturadas ; en estos casos, Thread.VolatileReadse Thread.VolatileWritedebe usar en su lugar. ^{[ 12 ]}

En efecto, estos métodos deshabilitan algunas optimizaciones que normalmente realiza el compilador de C#, el compilador JIT o la propia CPU. Las garantías proporcionadas por Thread.VolatileReady Thread.VolatileWriteson un superconjunto de las garantías proporcionadas por la volatilepalabra clave: en lugar de generar una "media valla" (es decir, una valla de adquisición solo impide la reordenación y el almacenamiento en caché de las instrucciones que la preceden), VolatileReady VolatileWritegeneran una "valla completa" que impide la reordenación y el almacenamiento en caché de las instrucciones de ese campo en ambas direcciones. ^{[ 12 ]} Estos métodos funcionan de la siguiente manera: ^{[ 14 ]}

• Este Thread.VolatileWritemétodo fuerza la escritura del valor en el campo en el momento de la llamada. Además, cualquier carga o almacenamiento anterior en el orden del programa debe ocurrir antes de la llamada, VolatileWritey cualquier carga o almacenamiento posterior debe ocurrir después de la llamada.
• Este Thread.VolatileReadmétodo fuerza la lectura del valor del campo en el momento de la llamada. Además, cualquier carga o almacenamiento anterior en el orden del programa debe ocurrir antes de la llamada, VolatileReady cualquier carga o almacenamiento posterior debe ocurrir después de la llamada.

Los métodos Thread.VolatileReady Thread.VolatileWritegeneran una barrera completa llamando al Thread.MemoryBarriermétodo, que construye una barrera de memoria que funciona en ambas direcciones. Además de las motivaciones para usar una barrera completa dadas anteriormente, un problema potencial con la volatilepalabra clave que se resuelve usando una barrera completa generada por Thread.MemoryBarrieres el siguiente: debido a la naturaleza asimétrica de las medias barreras, un volatilecampo con una instrucción de escritura seguida de una instrucción de lectura aún puede tener el orden de ejecución intercambiado por el compilador. Como las barreras completas son simétricas, esto no es un problema cuando se usa Thread.MemoryBarrier. ^{[ 12 ]}

VOLATILEforma parte del estándar Fortran 2003 , ^{[ 15 ]} aunque versiones anteriores lo admitían como una extensión. Hacer que todas las variables volatileestén en una función también es útil para encontrar errores relacionados con alias .

entero , volátil :: i ! Cuando no se define como volátil, las siguientes dos líneas de código son idénticas write ( * , * ) i ** 2 ! Carga la variable i una vez desde la memoria y multiplica ese valor por sí mismo write ( * , * ) i * i ! Carga la variable i dos veces desde la memoria y multiplica esos valores

Al acceder siempre a la memoria de un VOLATILE, el compilador de Fortran no puede reordenar las lecturas o escrituras en volatiles. Esto hace visibles a otros hilos las acciones realizadas en este hilo, y viceversa. ^{[ 16 ]}

El uso de VOLATILE reduce e incluso puede impedir la optimización. ^{[ 17 ]}

• Manual de referencia de Ada C.6: Control de variables compartidas
• Núcleo de Linux: volatile-considered-harful