volatile 和 sychronized 的区别

傷城~ 2023-10-06 16:14 42阅读 0赞

#### 基本概念 ####

补充一下概念：Java 内存模型中的可见性、原子性和有序性。

**可见性**：

可见性是一种复杂的属性，因为可见性中的错误总是会违背我们的直觉。通常，我们无法确保执行读操作的线程能适时地看到其他线程写入的值，有时甚至是根本不可能的事情。为了确保多个线程之间对内存写入操作的可见性，必须使用同步机制。

\*\*可见性，是指线程之间的可见性，一个线程修改的状态对另一个线程是可见的。\*\*也就是一个线程修改的结果。另一个线程马上就能看到。比如：用volatile修饰的变量，就会具有可见性。volatile修饰的变量不允许线程内部缓存和重排序，即直接修改内存。所以对其他线程是可见的。但是这里需要注意一个问题，volatile只能让被他修饰内容具有可见性，但不能保证它具有原子性。比如 volatile int a = 0；之后有一个操作 a++；这个变量a具有可见性，但是a++ 依然是一个非原子操作，也就是这个操作同样存在线程安全问题。

在 Java 中 volatile、synchronized 和 final 实现可见性。  
　　  
**原子性**：

**原子是世界上的最小单位，具有不可分割性**。比如 a=0；（a非long和double类型） 这个操作是不可分割的，那么我们说这个操作时原子操作。再比如：a++； 这个操作实际是a = a + 1；是可分割的，所以他不是一个原子操作。非原子操作都会存在线程安全问题，需要我们使用同步技术（sychronized）来让它变成一个原子操作。一个操作是原子操作，那么我们称它具有原子性。java的concurrent包下提供了一些原子类，我们可以通过阅读API来了解这些原子类的用法。比如：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。

在 Java 中 synchronized 和在 lock、unlock 中操作保证原子性。

**有序性**：

Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义，synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的，此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行执行。

#### 区别总结 ####

1）在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会  
　　使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。  
　　2）而声明变量是 volatile 的，JVM 保证了每次读变量都从内存中读，跳过 CPU cache 这一步。  
　　3) 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。  
4) 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  
5) 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  
6)volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。  
7) 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

synchronized关键字解决的是执行控制的问题，它会阻止其它线程获取当前对象的监控锁，这样就使得当前对象中被synchronized关键字保护的代码块无法被其它线程访问，也就无法并发执行。更重要的是，synchronized还会创建一个内存屏障，内存屏障指令保证了所有CPU操作结果都会直接刷到主存中，从而保证了操作的内存可见性，同时也使得先获得这个锁的线程的所有操作，都happens-before于随后获得这个锁的线程的操作。

volatile关键字解决的是内存可见性的问题，会使得所有对volatile变量的读写都会直接刷到主存，即保证了变量的可见性。这样就能满足一些对变量可见性有要求而对读取顺序没有要求的需求。

使用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，但需要特别注意， volatile不能保证复合操作的原子性，即使只是i++，实际上也是由多个原子操作组成：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，但依然可能出现写入脏数据的情况。

###### volatile 性能： ######

volatile 的读性能消耗与普通变量几乎相同，但是写操作稍慢，因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生乱序执行。

###### volatile还有一个特性：禁止指令重排序优化。 ######

**重排序是指编译器和处理器为了优化程序性能而对指令序列进行排序的一种手段**。但是重排序也需要遵守一定规则：

1.重排序操作不会对存在数据依赖关系的操作进行重排序。

比如：a=1;b=a; 这个指令序列，由于第二个操作依赖于第一个操作，所以在编译时和处理器运行时这两个操作不会被重排序。

2.重排序是为了优化性能，但是不管怎么重排序，单线程下程序的执行结果不能被改变

比如：a=1;b=2;c=a+b这三个操作，第一步（a=1)和第二步(b=2)由于不存在数据依赖关系，所以可能会发生重排序，但是c=a+b这个操作是不会被重排序的，因为需要保证最终的结果一定是c=a+b=3。

volatile禁止指令重排序也有一些规则，简单列举一下：
    
    　　1.当第二个操作是voaltile写时，无论第一个操作是什么，都不能进行重排序
    
    　　2.当地一个操作是volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能进行重排序
    
    　　3.当第一个操作是volatile写时，第二个操作是volatile读时，不能进行重排序

参考： https://www.cnblogs.com/kaleidoscope/p/9506018.html  
https://www.cnblogs.com/zhengbin/p/5654805.html