volatile synschonized的区别

川长思鸟来 2021-07-24 14:02 312阅读 0赞

valitile这个关键词，不局限于java中，其实很多语言中都有这个关键词。由于自己之前对于多线程的编程接触比较少，而且对于java的内存模型不是很了解，所以今天做一个总结。

## 内存模型 ##

计算机的主要运算是由cpu，内存之间交互的，而他们之间的交互靠的是总线。但是由于cpu的速度远远大于内存的，所以在cpu旁边往往会设计一级二级缓冲，作用就是中和cpu与内存之间的速度。

但是让我们想想，如果程序是单线程的，基本没啥问题，因为数据不会存放着多个缓冲中，也就不涉及一致性的问题，但是当我们的程序里面有多线程的时候，可能不同的cpu会执行不同的线程，这样可能不同cpu的缓冲会持有同一个变量的不同副本，这样就有问题了。不同线程操作同一个变量，如何做到同步。

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为了解决这个问题，那篇文章里面提到有两种方式。

1.在访问的时候，总线加锁，也就是相当于人为将多线程，变为单线程，这样不会出现数据不一致的问题，但是这样带来了很大问题，就是效率大打折扣，体现不出多线程的优势。

2.缓存一致性协议：

这里我就引用别人的一段话：“缓存一致性协议,最出名的就是Intel 的MESI协议，MESI协议保证了每个缓存中使用的共享变量的副本是一致的。它核心的思想是：当CPU写数据时，如果发现操作的变

量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的

缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。”

最后附上一张图，来总结下上面说的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 多线程编程的概念 ##

**1.原子性：**

这个概念在数据库里面也有，意思就是保证一个操作，要么完成，要不不做，而不能是做了一半。想必大家对这个最熟悉的应该就是银行的例子了吧。转账的时候，从我账户

扣款和给对方账户加款，应该是原子操作，不能说从我账户扣了，但是对方账户没有增加。这是在多线程里面必须要避免的问题。

**2.可见性：**

这个词的意思就是当一个线程在修改了某一个变量之后，可以马上将改变刷新到别的线程，也就是说如果别的线程需要访问的时候，是访问的修改过后的值。

**3.有序性：**

程序执行的顺序，不一定会按照代码书写的顺序进行执行。而是编译器会对代码进行指令的优化，这样做的目的是为了保证程序执行的效率。这样做基本上对于单线程没啥问

题，编译器保证做过优化后的代码和没做优化的代码，执行的结果是一样的。但是如果是多线程呢，这点编译器就无法保证。

综上所述，一个多线程如果要正确的执行，就必须满足上面三个条件。如果不满足，则执行的结果就有可能出错。

那么java里面通过什么样的方式来确保符合三种原则呢？

## java保证多线程（java内存模型） ##

**1.原子性：**

在java中，对基本数据类型的读取与赋值是原子操作的，要不操作成功，要么失败。

那么怎么样的操作算原子操作呢，下面举两个例子：

int x = 3;
    int y = x;
    y++;

第一条语句，是直接将值复制给x变量。第二条语句，首先读取x的值，然后再赋值给y。第三条语句，首先读取y的值，然后加一操作后，再赋值给y。

所以上面三条语句只有第一条语句是原子操作。这也就解释了下面这段代码结果为啥不是人们的预期。

public volatile static  int count = 0;
    public static void main(String[] args) {   
        for(int i=0;i<10000;i++)
        {
            new Thread(new Runnable() {
                 
                @Override
                public void run() {
                    count++;   
                }//加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
            }).start();
        }      
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(count);     
    }

这段代码执行的结果有时候会小于10000，原因就是count++不是原子操作，虽然用volatile修饰，但是也不起作用。  
//加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天  
　　那么上面这段代码如何正确运行呢，答案很显然，把count++变成原子操作即可，那么修改count的类型，如下

public  static AtomicInteger count =new AtomicInteger(0);

将count++变为count.getAndIncrement();

这样保证了原子操作。结果也就是10000了。

**2.可见性：**

对于可见性，java提供了volatile关键词来修饰，上面已经用到过了。这个关键词保证他修改后的值，会马上更新到java的主存中，当其他线程再要读取的时候，就是读取的新的值，但是用这个关键词的时候，也得多多注意，就跟上面说的那种情况，也是不行的。当然上面的情况可以用加锁，或者 synchronized方式进行同步。保证结果。

**3.有序性：**

Java里面也是通过volatile来保证一定程度上的有序性。也可以通过 synchonized来保证多线程下的有序性。

> 在《深入理解Java虚拟机》有这么一段话“

观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”

lock前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），内存屏障会提供3个功能：

*  1）它确保指令重排序时不会把其后面的指令排到内存屏障之前的位置，也不会把前面的指令排到内存屏障的后面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它前面的操作已经全部完成；
 *  2）它会强制将对缓存的修改操作立即写入主存；
 *  3）如果是写操作，它会导致其他CPU中对应的缓存行无效。”

所以以后遇到问题的时候，还是得多从原理里面找答案。

虽然volatile的性能比synchronized性能高，但是volatile的使用场景有所限制。因为它无法保证多线程下的原子性。

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