volatile和synchronized比较以及线程安全中的应用

一、线程安全的执行控制和内存可见的理解

线程安全的两个方面：执行控制和内存可见。

执行控制的目的是控制代码执行（顺序）及是否可以并发执行。

内存可见控制的是线程执行结果在内存中对其它线程的可见性。根据Java内存模型的实现，线程在具体执行时，会先拷贝主存数据到线程本地（CPU缓存），操作完成后再把结果从线程本地刷到主存。

二、synchronized和volatile基本原理

synchronized保证了执行控制，它会阻止其他线程获取当前对象的监控锁，这样就保证了被synchronized保护的代码其他线程无法访问。同时它也保证了内存可见，因为它会创建内存屏障，保证cpu所有的操作结果直接刷入主内存，并happens-before随后获取这个锁的线程的操作(保证当前线程在释放锁之前操作的完成性)。

volatile则保证了内存可见，保证所有读写操作都会直接发生在主内存中，但是它不保证读取顺序，也不能保证多个线程操作同一个变量的线程安全，只能保证多个线程操作的是同一块主内存。

三、volatile关键字使用场景

对于volatile关键字，当且仅当满足以下所有条件时可使用：

1. 对变量的写入操作不依赖变量的当前值，或者你能确保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。

四、volatile的局限性

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。

五、volatile和synchronized的区别

1、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。

2、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。

3、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。

4、volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。

5、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

延伸:

java5之后提供原子操作类，如AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean、AtomicReference，对它们进行操作就不需要使用synchronized关键字了。