volatile 与 synchronize 详解

偏执的太偏执、 2023-06-09 10:23 23阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  volatile
 *   *  volatile的应用
     *  volatile的定义与实现原理
     *  volatile的两条实现原则
 *  synchronized
 *   *  synchronized的实现原理与应用
     *  synchronized如何实现同步？
 *  volatile 与 synchronized 的区别？

Java支持多个线程同时访问一个对象或者对象的成员变量，由于每个线程可以拥有这个变量的拷贝（虽然对象以及成员变量分配的内存是在共享内存中的，但是每个执行的线程还是可以拥有一份拷贝，这样做的目的是加速程序的执行，这是现代多核处理器的一个显著特性），所以程序在执行过程中，一个线程看到的变量并不一定是最新的。

# volatile #

## volatile的应用 ##

在多线程并发编程中 synchronized 和 volatile 都扮演着重要的角色，volatile 是一个轻量级的 synchronized ，它在多处理器开发中保证了共享变量的 **可见性**。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量的时候，另一个线程能读取到这个共享变量被修改后的值。如果 volatile 使用恰当的话，它比 synchronized 的使用和执行成本更低，因为 volatile 不会引起线程上下文的切换和调度

## volatile的定义与实现原理 ##

Java 编程语言允许线程访问共享变量，为了确保共享变量能被准确和一致性地更新，线程应该确保通过排他锁来单独获取这个变量。Java 提供的 volatile 在某些情况下比锁要方便。如果一个字段被声明为 volatile，那么Java模型确保所有的线程看到这个变量的值是一致的

**作用：**  
volatile关键字用作成员变量的修饰符，以强制单个线程每次从共享内存中重新读取变量的值  
访问。 此外，各个线程被迫将更改写回到共享记忆一旦发生。 这样，两个不同的线程总是看到相同的在任何特定时间成员变量的值

## volatile的两条实现原则 ##

*  Lock 前缀指令会引起处理器缓存回写到内存
 *  一个处理器的缓存回写到内存会导致其他的处理器的缓存无效

# synchronized #

synchronized 关键字可以修饰方法或者以同步块的形式来进行使用，它主要确保多个线程在同一个时刻，只能有一个线程处于方法或者同步块中，它保证了线程对变量访问的可见性和排他性

## synchronized的实现原理与应用 ##

在多线程并发编程中 synchronized 一直是元老级的角色，很多人都会直呼它为重量级锁。但是，随着 Java SE 1.6 对 synchronized 进行了各种优化之后，有些情况下synchronized 并没有那么重了

## synchronized如何实现同步？ ##

synchronized 实现同步的基础：Java中的每一个对象都可以作为锁。具体的表现形式有以下三种：

*  对于普通同步方法，锁是当前实例对象
 *  对于静态同步方法，锁是当前类的Class对象
 *  对于同步方法块，锁是 synchronized 括号里配置的对象

当一个线程试图访问同步代码块时，必须先获取到锁，退出或抛出异常时必须释放锁

# volatile 与 synchronized 的区别？ #

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>volatile</th> 
   <th>synchronized</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>修饰</td> 
   <td>只能用于修饰变量</td> 
   <td>可以用于修饰方法、代码块</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>线程阻塞</td> 
   <td>不会发生线程阻塞</td> 
   <td>会发生阻塞</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>原子性</td> 
   <td>不能保证变量的原子性</td> 
   <td>可以保证变量原子性</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>可见性</td> 
   <td>可以保证变量在线程之间访问资源的可见性</td> 
   <td>可以间接保证可见性，因为它会将私有内存中和公共内存中的数据做同步</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>同步性</td> 
   <td>能保证变量在私有内存和主内存间的同步</td> 
   <td>synchronize是多线程之间访问资源的同步性</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  volatile 是线程同步的轻量级实现，所以 volatile 的性能要比 synchronize 好；随着jdk技术的发展，synchronize 在执行效率上会得到较大提升，所以 synchronize 在项目过程中还是较为常见的
 *  对于 volatile 修饰的变量，可以解决变量读时可见性问题，无法保证原子性。对于多线程访问同一个实例变量还是需要加锁同步

在多线程定义中，volatile 关键字主要是在属性上使用的，表示此属性为直接数据操作，而不进行副本的拷贝处理。这样的话在一些书上就将其错误的理解为同步属性了。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1dvb19ob21l_size_16_color_FFFFFF_t_70]

package com.java.springtest.test;
    
    /** * @author Woo_home * @create by 2020/1/20 */
    public class ThreadDemo { 
        public static void main(String[] args) throws Exception{ 
            ThreadShop shopA = new ThreadShop();
            ThreadShop shopB = new ThreadShop();
            ThreadShop shopC = new ThreadShop();
            new Thread(shopA,"A 店铺").start();
            new Thread(shopB,"B 店铺").start();
            new Thread(shopC,"C 店铺").start();
        }
    }
    
    class ThreadShop implements Runnable { 
    
        private volatile int product = 5; // 直接内存操作
    
        @Override
        public void run() { 
            synchronized (this) { 
                while (this.product > 0) { 
                    try { 
                        Thread.sleep(100);
                    }catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "商品处理，product = " + this.product--);
                }
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1dvb19ob21l_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**面试题：** 请解释 volatile 与 synchronized 的区别?

*  volatile 本质是在告诉 jvm 当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取； synchronized 则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。
 *  volatile 仅能使用在变量级别；synchronized 则可以使用在变量、方法、和类级别
 *  volatile 仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而 synchronized 则可以保证变量的修改可见性和原子性
 *  volatile 不会造成线程的阻塞；synchronized 可能会造成线程的阻塞。
 *  volatile 标记的变量不会被编译器优化；synchronized 标记的变量可以被编译器优化

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1dvb19ob21l_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230531/85daa913d6ca4059b1f9f4799061c5cf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1dvb19ob21l_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230531/2af6b34a45434a94b6fa5e87a8c7ef06.png