Synchronized和Volatile-优快云博客

Synchronized

在Java中，synchronized关键字是用来控制线程同步的，就是在多线程的环境下，控制synchronized代码段不被多个线程同时执行。synchronized既可以加在一段代码上，也可以加在方法上。

关键是，不要认为给方法或者代码段加上synchronized就万事大吉，看下面一段代码：

class Sync {

	public synchronized void test() {
		System.out.println("test开始..");
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("test结束..");
	}
}

class MyThread extends Thread {

	public void run() {
		Sync sync = new Sync();
		sync.test();
	}
}

public class Main {

	public static void main(String[] args) {
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			Thread thread = new MyThread();
			thread.start();
		}
	}
}

运行结果： test开始.. test开始.. test开始.. test结束.. test结束.. test结束..

可以看出来，上面的程序起了三个线程，同时运行Sync类中的test()方法，虽然test()方法加上了synchronized，但是还是同时运行起来，貌似synchronized没起作用。

将test()方法上的synchronized去掉，在方法内部加上synchronized(this)：

public void test() {
	synchronized(this){
		System.out.println("test开始..");
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("test结束..");
	}
}

运行结果： test开始.. test开始.. test开始.. test结束.. test结束.. test结束..

一切还是这么平静，没有看到synchronized起到作用。

实际上，synchronized(this)以及非static的synchronized方法（至于static synchronized方法请往下看），只能防止多个线程同时执行同一个对象的同步代码段。

回到本文的题目上：synchronized锁住的是代码还是对象。答案是：synchronized锁住的是括号里的对象，而不是代码。对于非static的synchronized方法，锁的就是对象本身也就是this。

当synchronized锁住一个对象后，别的线程如果也想拿到这个对象的锁，就必须等待这个线程执行完成释放锁，才能再次给对象加锁，这样才达到线程同步的目的。即使两个不同的代码段，都要锁同一个对象，那么这两个代码段也不能在多线程环境下同时运行。

所以我们在用synchronized关键字的时候，能缩小代码段的范围就尽量缩小，能在代码段上加同步就不要再整个方法上加同步。这叫减小锁的粒度，使代码更大程度的并发。原因是基于以上的思想，锁的代码段太长了，别的线程是不是要等很久，等的花儿都谢了。

再看上面的代码，每个线程中都new了一个Sync类的对象，也就是产生了三个Sync对象，由于不是同一个对象，所以可以多线程同时运行synchronized方法或代码段。

为了验证上述的观点，修改一下代码，让三个线程使用同一个Sync的对象。

class MyThread extends Thread {

	private Sync sync;

	public MyThread(Sync sync) {
		this.sync = sync;
	}

	public void run() {
		sync.test();
	}
}

public class Main {

	public static void main(String[] args) {
		Sync sync = new Sync();
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			Thread thread = new MyThread(sync);
			thread.start();
		}
	}
}

运行结果： test开始.. test结束.. test开始.. test结束.. test开始.. test结束..

可以看到，此时的synchronized就起了作用。

那么，如果真的想锁住这段代码，要怎么做？也就是，如果还是最开始的那段代码，每个线程new一个Sync对象，怎么才能让test方法不会被多线程执行。

解决也很简单，只要锁住同一个对象不就行了。例如，synchronized后的括号中锁同一个固定对象，这样就行了。这样是没问题，但是，比较多的做法是让synchronized锁这个类对应的Class对象。

class Sync {

	public void test() {
		synchronized (Sync.class) {
			System.out.println("test开始..");
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println("test结束..");
		}
	}
}

class MyThread extends Thread {

	public void run() {
		Sync sync = new Sync();
		sync.test();
	}
}

public class Main {

	public static void main(String[] args) {
		for (int i = 0; i < 3; i++) {
			Thread thread = new MyThread();
			thread.start();
		}
	}
}

运行结果： test开始.. test结束.. test开始.. test结束.. test开始.. test结束..

上面代码用synchronized(Sync.class)实现了全局锁的效果。

static synchronized方法，static方法可以直接类名加方法名调用，方法中无法使用this，所以它锁的不是this，而是类的Class对象，所以，static synchronized方法也相当于全局锁，相当于锁住了代码段。

synchronized 和 volatile 关键字

在说明Java多线程内存可见性之前，先来简单了解一下Java内存模型。

（1）Java所有变量都存储在主内存中
（2）每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程的使用到的变量副本（该副本就是主内存中该变量的一份拷贝）

（1）线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接在主内存中读写
（2）不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。线程1对共享变量的修改，要想被线程2及时看到，必须经过如下2个过程：
（1）把工作内存1中更新过的共享变量刷新到主内存中
（2）将主内存中最新的共享变量的值更新到工作内存2中

可见性与原子性

可见性：一个线程对共享变量的修改，更够及时的被其他线程看到
原子性：即不可再分了，不能分为多步操作。比如赋值或者return。比如"a = 1;"和 "return a;"这样的操作都具有原子性。类似"a += b"这样的操作不具有原子性，在某些JVM中"a += b"可能要经过这样三个步骤：
①　取出a和b
②　计算a+b
③　将计算结果写入内存

(1)Synchronized：保证可见性和原子性
Synchronized能够实现原子性和可见性；在Java内存模型中，synchronized规定，线程在加锁时，先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁。
(2)Volatile：保证可见性，但不保证操作的原子性
Volatile实现内存可见性是通过store和load指令完成的；也就是对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store指令，即强迫线程将最新的值刷新到主内存中；而在读操作时，会加入一条load指令，即强迫从主内存中读入变量的值。但volatile不保证volatile变量的原子性，例如：

Private int Num=0;
Num++;//Num不是原子操作

Num不是原子操作，因为其可以分为：读取Num的值，将Num的值+1，写入最新的Num的值。
对于Num++;操作，线程1和线程2都执行一次，最后输出Num的值可能是：1或者2
【解释】输出结果1的解释：当线程1执行Num++;语句时，先是读入Num的值为0，倘若此时让出CPU执行权，线程获得执行，线程2会重新从主内存中，读入Num的值还是0，然后线程2执行+1操作，最后把Num=1刷新到主内存中；线程2执行完后，线程1由开始执行，但之前已经读取的Num的值0，所以它还是在0的基础上执行+1操作，也就是还是等于1，并刷新到主内存中。所以最终的结果是1

一般在多线程中使用volatile变量，为了安全，对变量的写入操作不能依赖当前变量的值：如Num++或者Num=Num*5这些操作。
(3)Synchronized和Volatile的比较
1）Synchronized保证内存可见性和操作的原子性
2）Volatile只能保证内存可见性，不保证原子性
3）Volatile不需要加锁，比Synchronized更轻量级，并不会阻塞线程（volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。）
4）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（如编译器重排序的优化）.
5）volatile是变量修饰符，仅能用于变量，而synchronized是一个方法或块或类的修饰符。

volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的，使用前，需要先从主存中读取，因此可以实现可见性。而对n=n+1,n++等操作时，volatile关键字将失效，不能起到像synchronized一样的线程同步（原子性）的效果。

一旦一个共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量）被 volatile 修饰之后，那么就具备了两层语义：