volatile，synchronized和Lock讲解

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本文详细介绍了Java并发编程中的volatile、synchronized和Lock的特点与区别。volatile保证了变量的可见性和禁止指令重排，但不保证原子性。synchronized提供线程安全保证，但可能导致阻塞。Lock接口提供了更灵活的锁机制，支持响应中断和尝试获取锁，且可提高多线程读操作的效率。

volatile，synchronized和Lock

线程安全性保证

常见的线程安全问题：工作内存与主内存同步延时现象导致数据可见性问题。

当一个变量在两个线程中操作时，当一个线程正在对变量进行操作，这时第二个线程突然抢占到执行权，也对该变量进行操作，主内存中的数据还没来得及更新，这时将会出现不想得到的结果。

保证可见性的操作：

volatile，synchronized，final（一旦初始化完成其他线程就可见）

volatile

类型修饰符，被用来修饰被不同线程访问和修改的变量，保证本条指令不会因为编译器的优化被省略，就是能够使变量的值发生改变时能尽快让其他线程知道。

当编译器为了加快程序的运行速度，对一些变量的写操作会先寄存在寄存器或者CPU的缓存上进行，最后才写入主内存。而在此过程中，变量的改变新值对其他线程来说是不可见的。

这样会导致其他线程在进行同一操作时，依然从主内存中读取变量的旧值。当对 volatile 修饰的变量进行操作时，会将其他缓存中储存的修改前的变量清除，然后重新读取赋新值。一般来说是先在进行修改的缓存A中修改为新值，然后通知其他缓存清除掉此变量，当其他缓存B中的线程读取此变量时，会向总线发送消息，这是储存新值的缓存A获取到消息，将新值传送给B，最后将新值写入主内存。当变量需要更新时，都会重复此步骤。

volatile除了解决变量可见性问题，另一个作用是禁止指令重排顺序优化。从而避免多线程环境下程序出现乱序现象。

内存屏障（Memory Barrier）：是一个CPU指令，其作用有两个：一个是保证特定操作的执行顺序和保证某些变量的可见性。由于编译器和处理器都能进行指令优化重排，如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，禁止对在内存屏障前后的指令进行执行指令优化重排。第二个是强制刷出各种CPU缓存数据，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版。

在这里插入图片描述

synchronized

Java语言的关键字，可以用来给对象，方法或者代码块加锁。当他锁定一个方法或者一个代码块的时候，同一时刻最多只有一个线程执行这段代码，其他线程必须等待当前线程执行完后才可执行此加锁代码块，对于其他加锁代码块的访问也将被阻塞，但是可以执行非加锁代码块。

方法声明：

public synchronized void 方法名(){
方法体；
}

代码块声明：

synchronized(变量){
方法；
}

wait():

wait():使线程进入阻塞状态，释放CPU执行权，并且释放占有的对象锁。其他正在等待的线程即可抢占CPU执行权，即可抢占对象锁，获得的此锁的线程即可执行程序。只有当线程调用 notify()方法才可跳出阻塞状态。

与sleep()的不同：
线程调用 sleep()方法，线程会在一段时间内进入阻塞状态，这段时间内，会暂时释放CPU的执行权，但是不会释放对象锁。其他线程在此期间仍然无法进入锁定代码块内，阻塞时间一过，重新抢占CPU执行权，继续执行代码块，这样很容易造成大量线程阻塞。

notify():

此方法会唤醒因为调用 wait() 方法而进入阻塞的线程，其实就是对对象锁的唤醒，从而使得阻塞的线程有机会获取对象锁。当线程调用 notify()被唤醒后，不会立刻释放对象锁，而是将 synchronized 中的代码块继续执行完毕后，才会释放对象锁。

注：
1） notifyAll() 方法是唤醒所有都在等待的线程。

2） wait() 和 notify() 必须在 synchronized 代码块中调用。

synchronized的缺陷：

synchronized 是Java中的关键字，属于Java语言内置的属性，但是一个代码块被synchronized修饰了，当一个线程获取对应的对象锁，并执行该代码块时，其他线程只能一直等待，等待获取对象锁的线程释放对象锁，而线程释放对象锁只有两种情况：

1）获取对象锁的线程执行完该代码，然后线程释放对象锁的占有。

2）线程执行出现异常，此时JVM会让线程自动释放对象锁。

但是如果获取的线程由于要等待IO方法返回参数或者等待某种通知或其他原因（如调用 sleep()方法)被阻塞了，并且这时线程也没有释放对象锁，那么其他线程便只能一直等待，这很影响线程执行效率。

通过 Lock 就可以不让等待的线程一直无限制的等待下去或者只等待一定的时间，再或者能够响应中断。

举个例子：当多线程读写文件时，写和写操作会冲突，写和读操作也会冲突，但是读和读不会冲突。当采用 synchronized来实现线程同步的话，会出现一个问题：如果多个线程只进行读操作，当一个线程进行读操作时，虽然不会发生冲突，但是其他线程还是会等待无法进行操作，这就影响程序的效率了。这时就需要一种机制来使得多个线程都只进行读操作时，多个线程可一起执行且线程之间不会发生冲突, Lock就可办到。

Lock

Lock 不是Java语言的内置属性，Lock 是一个接口，通过该接口可以实现同步访问。Lock 必须要用户亲自手动释放对象锁，如果没有主动释放锁，就可能导致出现死锁现象。而 synchronized 中的代码执行完后，系统会让线程自动释放锁。

ReentrantLock，“可重入锁”是Lock接口的唯一实现类

在这里插入图片描述

注意：

如果锁具有可重入性，则称为可重入锁。 synchronized 和 ReentrantLock 都是可重入锁，可重入性实际上就是表明了锁的分配机制：基于线程的分配，而不是基于方法的分配。举个例子，当一个线程执行到 synchronized 方法时，在此方法中又调用了另外一个 synchronized 方法，此时线程不必重新申请锁，而是直接执行所调用的方法。