一文搞懂volatile与synchronized区别以及使用

向右看齐 2024-03-18 00:34 80阅读 0赞

## 一、背景 ##

一提到并发编程，我们便会想到**volatile和synchronized**这两个关键字，那么首先就要理解关于线程安全的两个名词：**内存可见**和**执行顺序**

*  内存可见：线程执行结果在内存中对其他线程的可见性。
 *  执行顺序：控制代码的执行顺序及是否可以并发执行。

## 二、volatile ##

### volatile解决的是内存可见问题 ###

#### 1.原理 ####

基于CPU内存屏障指令实现的

> 内存屏障：通俗理解就是一种约定，当遇见它时不对他进行访问

#### 2.volatile修饰的变量可见性 ####

volatile是变量修饰符，其修饰的变量具有内存可见性

一般情况下，Java中为了加快程序的运行效率，会先把主存数据拷贝到线程本地（寄存器或是CPU缓存），操作完成后再把结果从线程本地缓存刷新到主存中，这样就会导致修改后放入变量结果同步到主存中需要一个过程，而此时另外的线程看到的还是修改之前的变量值，这样就会导致不一致

为了解决上述多线程中内存可见的问题，引入了 volatile 关键字，那么它为什么可以解决内存可见性问题呢？

答案： **volatile 它会使得所有对 volatile 变量的读写都会直接读写主存，而不是先读写线程本地缓存，这样就保证了变量的内存可见性**

#### 3.volatile禁止指令重排 ####

> 指令重排： 处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证各个语句的执行顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。**指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行时的正确性**

线程执行到volatile修饰变量的读写操作时，其他线程对这个变量的操作肯定已经完成了，且结果已经同步到了主存中，即对其他的线程可见，本线程再对该变量操作完全没有问题的

#### 4.使用范围 ####

volatile关键字仅能实现对原始变量(如boolen、 short 、int 、long等)操作的原子性，**不能保证复合操作的原子性，比如 i++**

> i++，实际上是由三个原子操作组成：read i; inc; write i，假如多个线程同时执行i++，volatile只能保证他们操作的i是同一块内存，但不能保证i结果的正确性，原因如下：
> 
> 比如有两个线程A和B对volatile修饰的i进行i++操作，i的初始值是0，A线程执行i++时刚读取了i的值0，就切换到B线程了，B线程（从内存中）读取i的值也为0，然后就切换到A线程继续执行i++操作，完成后i就为1了，接着切换到B线程，因为之前已经读取过了，所以继续执行i++操作，最后的结果i就为1了，A和B线程同步到主存中的i的值都是1

#### 5.使用场景 ####

1、对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者只有单个线程更新变量的值

2、该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

## 三、synchronized ##

### synchronized既解决了内存可见性问题，又解决了执行顺序问题 ###

### synchronized 可以修饰代码块或方法，既可以保证可见性，又能够保证原子性 ###

> 原子操作：一系列操作，要么都成功，要么都失败，一个失败则会引起全部都重新再来

#### 1.原理 ####

**synchronized 是基于 monitor 实现的**

#### 2 synchronized 修饰的代码块或方法保证内存可见性 ####

通过synchronized或者Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存中

#### 3 synchronized 修饰的代码块或方法保证原子性 ####

线程要么不执行（线程没有获取到对象锁），线程要么执行到底（线程获取到了对象锁），直到执行完释放锁

#### 4 synchronized 使用范围 ####

synchronized 不仅能修饰代码块，还可以修饰方法

#### 5 synchronized 使用场景 ####

需要控制多线程访问的方法或者更新的变量

## 四、volatile 和 synchronized 异同点 ##

#### 1.相同点 ####

volatile 和 synchronized 都保证了内存可见性

#### 2.不同点 ####

1、volatile仅能使用在变量级别，synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的

2、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

3、volatile不会造成线程的阻塞，而synchronized可能会造成线程的阻塞

4、volatile标记的变量不会被编译器优化，而synchronized标记的变量可以被编译器优化

5、由于 4 中的区别，在某些情况下 volatile 的性能优于 synchronized

> 参考博客**：**[http://t.csdn.cn/1q7nO][http_t.csdn.cn_1q7nO]

[http_t.csdn.cn_1q7nO]: http://t.csdn.cn/1q7nO

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