线程同步synchronized和volatile用法及区别

来源：互联网发布：chrome插件位置 mac 编辑：程序博客网时间：2024/06/08 16:45

要说明线程同步问题首先要说明Java线程的两个特性，可见性和有序性。多个线程之间是不能直接传递数据交互的，它们之间的交互只能通过共享变量来实现。拿上篇博文（http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7421217）中的例子来说明，在多个线程之间共享了Count类的一个对象，这个对象是被创建在主内存(堆内存)中，每个线程都有自己的工作内存(线程栈)，工作内存存储了主内存Count对象的一个副本，当线程操作Count对象时，首先从主内存复制Count对象到工作内存中，然后执行代码count.count()，改变了num值，最后用工作内存Count刷新主内存Count。当一个对象在多个内存中都存在副本时，如果一个内存修改了共享变量，其它线程也应该能够看到被修改后的值，此为可见性。多个线程执行时，CPU对线程的调度是随机的，我们不知道当前程序被执行到哪步就切换到了下一个线程，一个最经典的例子就是银行汇款问题，一个银行账户存款100，这时一个人从该账户取10元，同时另一个人向该账户汇10元，那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况，A线程负责取款，B线程负责汇款，A从主内存读到100，B从主内存读到100，A执行减10操作，并将数据刷新到主内存，这时主内存数据100-10=90，而B内存执行加10操作，并将数据刷新到主内存，最后主内存数据100+10=110，显然这是一个严重的问题，我们要保证A线程和B线程有序执行，先取款后汇款或者先汇款后取款，此为有序性。本文讲述了JDK5.0之前传统线程的同步方式，更高级的同步方式可参见Java线程(八)：锁对象Lock-同步问题更完美的处理方式。

下面同样用代码来展示一下线程同步问题。

TraditionalThreadSynchronized.java：创建两个线程，执行同一个对象的输出方法。

[java] view plaincopyprint?
public class TraditionalThreadSynchronized {  
    public static void main(String[] args) {  
        final Outputter output = new Outputter();  
        new Thread() {  
            public void run() {  
                output.output("zhangsan");  
            };  
        }.start();        
        new Thread() {  
            public void run() {  
                output.output("lisi");  
            };  
        }.start();  
    }  
}  
class Outputter {  
    public void output(String name) {  
        // TODO 为了保证对name的输出不是一个原子操作，这里逐个输出name的每个字符  
        for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
            System.out.print(name.charAt(i));  
            // Thread.sleep(10);  
        }  
    }  
}  

运行结果：

[java] view plaincopyprint?
zhlainsigsan  

显然输出的字符串被打乱了，我们期望的输出结果是zhangsanlisi，这就是线程同步问题，我们希望output方法被一个线程完整的执行完之后再切换到下一个线程，Java中使用synchronized保证一段代码在多线程执行时是互斥的，有两种用法：

1. 使用synchronized将需要互斥的代码包含起来，并上一把锁。

[java] view plaincopyprint?
{  
    synchronized (this) {  
        for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
            System.out.print(name.charAt(i));  
        }  
    }  
}  

这把锁必须是需要互斥的多个线程间的共享对象，像下面的代码是没有意义的。

[java] view plaincopyprint?
{  
    Object lock = new Object();  
    synchronized (lock) {  
        for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
            System.out.print(name.charAt(i));  
        }  
    }  
}  

每次进入output方法都会创建一个新的lock，这个锁显然每个线程都会创建，没有意义。

2. 将synchronized加在需要互斥的方法上。

[java] view plaincopyprint?
public synchronized void output(String name) {  
    // TODO 线程输出方法  
    for(int i = 0; i < name.length(); i++) {  
        System.out.print(name.charAt(i));  
    }  
}  

这种方式就相当于用this锁住整个方法内的代码块，如果用synchronized加在静态方法上，就相当于用××××.class锁住整个方法内的代码块。使用synchronized在某些情况下会造成死锁，死锁问题以后会说明。使用synchronized修饰的方法或者代码块可以看成是一个原子操作。

每个锁对(JLS中叫monitor)都有两个队列，一个是就绪队列，一个是阻塞队列，就绪队列存储了将要获得锁的线程，阻塞队列存储了被阻塞的线程，当一个线程被唤醒(notify)后，才会进入到就绪队列，等待CPU的调度，反之，当一个线程被wait后，就会进入阻塞队列，等待下一次被唤醒，这个涉及到线程间的通信，下一篇博文会说明。看我们的例子，当第一个线程执行输出方法时，获得同步锁，执行输出方法，恰好此时第二个线程也要执行输出方法，但发现同步锁没有被释放，第二个线程就会进入就绪队列，等待锁被释放。一个线程执行互斥代码过程如下：

1. 获得同步锁；

2. 清空工作内存；

3. 从主内存拷贝对象副本到工作内存；

4. 执行代码(计算或者输出等)；

5. 刷新主内存数据；

6. 释放同步锁。

所以，synchronized既保证了多线程的并发有序性，又保证了多线程的内存可见性。

volatile是第二种Java多线程同步的机制，根据JLS(Java LanguageSpecifications)的说法，一个变量可以被volatile修饰，在这种情况下内存模型(主内存和线程工作内存)确保所有线程可以看到一致的变量值，来看一段代码：

[java] view plaincopyprint?
class Test {  
    static int i = 0, j = 0;  
    static void one() {  
        i++;  
        j++;  
    }  
    static void two() {  
        System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
    }  
}  

一些线程执行one方法，另一些线程执行two方法，two方法有可能打印出j比i大的值，按照之前分析的线程执行过程分析一下：

1. 将变量i从主内存拷贝到工作内存；

2. 改变i的值；

3. 刷新主内存数据；

4. 将变量j从主内存拷贝到工作内存；

5. 改变j的值；

6. 刷新主内存数据；

这个时候执行two方法的线程先读取了主存i原来的值又读取了j改变后的值，这就导致了程序的输出不是我们预期的结果，要阻止这种不合理的行为的一种方式是在one方法和two方法前面加上synchronized修饰符：

[java] view plaincopyprint?
class Test {  
    static int i = 0, j = 0;  
    static synchronized void one() {  
        i++;  
        j++;  
    }  
    static synchronized void two() {  
        System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
    }  
}  

根据前面的分析，我们可以知道，这时one方法和two方法再也不会并发的执行了，i和j的值在主内存中会一直保持一致，并且two方法输出的也是一致的。另一种同步的机制是在共享变量之前加上volatile：

[java] view plaincopyprint?
class Test {  
    static volatile int i = 0, j = 0;  
    static void one() {  
        i++;  
        j++;  
    }  
    static void two() {  
        System.out.println("i=" + i + " j=" + j);  
    }  
}  

one方法和two方法还会并发的去执行，但是加上volatile可以将共享变量i和j的改变直接响应到主内存中，这样保证了主内存中i和j的值一致性，然而在执行two方法时，在two方法获取到i的值和获取到j的值中间的这段时间，one方法也许被执行了好多次，导致j的值会大于i的值。所以volatile可以保证内存可见性，不能保证并发有序性。

没有明白JLS中为什么使用两个变量来阐述volatile的工作原理，这样不是很好理解。volatile是一种弱的同步手段，相对于synchronized来说，某些情况下使用，可能效率更高，因为它不是阻塞的，尤其是读操作时，加与不加貌似没有影响，处理写操作的时候，可能消耗的性能更多些。但是volatile和synchronized性能的比较，我也说不太准，多线程本身就是比较玄的东西，依赖于CPU时间分片的调度，JVM更玄，还没有研究过虚拟机，从顶层往底层看往往是比较难看透的。在JDK5.0之前，如果没有参透volatile的使用场景，还是不要使用了，尽量用synchronized来处理同步问题，线程阻塞这玩意简单粗暴。另外volatile和final不能同时修饰一个字段。

区别：

1、锁提供了两种主要特性：互斥（mutual exclusion）和可见性（visibility）。互斥即一次只允许一个线程持有某个特定的锁，因此可使用该特性实现对共享数据的协调访问协议，这样，一次就只有一个线程能够使用该共享数据。可见性要更加复杂一些，它必须确保释放锁之前对共享数据做出的更改对于随后获得该锁的另一个线程是可见的 —— 如果没有同步机制提供的这种可见性保证，线程看到的共享变量可能是修改前的值或不一致的值，这将引发许多严重问题。

2、

在Java中,为了保证多线程读写数据时保证数据的一致性,可以采用两种方式:

同步

如用synchronized关键字,或者使用锁对象.

volatile

使用volatile关键字
用一句话概括volatile,它能够使变量在值发生改变时能尽快地让其他线程知道.

volatile详解

首先我们要先意识到有这样的现象,编译器为了加快程序运行的速度,对一些变量的写操作会先在寄存器或者是CPU缓存上进行,最后才写入内存.
而在这个过程,变量的新值对其他线程是不可见的.而volatile的作用就是使它修饰的变量的读写操作都必须在内存中进行!

volatile与synchronized

volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器中的值是不确定的,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.
volatile仅能实现变量的修改可见性,但不具备原子特性,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,而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,而synchronized标记的变量可以被编译器优化.

3、因此，在使用volatile关键字时要慎重，并不是只要简单类型变量使用volatile修饰，对这个变量的所有操作都是原来操作，当变量的值由自身的上一个决定时，如n=n+1、n++ 等，volatile关键字将失效，只有当变量的值和自身上一个值无关时对该变量的操作才是原子级别的，如n = m + 1，这个就是原级别的。所以在使用volatile关键时一定要谨慎，如果自己没有把握，可以使用synchronized来代替volatile。

总结：volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的，需要从主存中读取。可以实现synchronized的部分效果，但当n=n+1,n++等时，volatile关键字将失效，不能起到像synchronized一样的线程同步的效果。

http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/7424694
http://blog.csdn.net/fanaticism1/article/details/9966163

0 0