(转)synchronized、volatile、Lock详解

本文深入解析Java并发控制机制,对比synchronized、volatile与lock的特性与应用场景,探讨它们如何保障多线程环境下的数据一致性和线程同步。

在Java并发编程过程中,我们难免会遇到synchronized、volatile和lock,其中lock是一个类,而其余两个则是Java关键字。以下记录了小博开发过程中对这三者的理解,不足之处请多指教。

关于线程与进程请参考博文 以操作系统的角度述说线程与进程

synchronized
  synchronized是Java中的关键字,是一种同步锁。有以下几种用法:

1、修饰方法:在范围操作符之后,返回类型声明之前使用。每次只能有一个线程进入该方法,此时线程获得的是成员锁。

public synchronized void syncMethod() {
    //doSomething
}

2、修饰代码块:每次只能有一个线程进入该代码块,此时线程获得的是成员锁。

public int synMethod(int arg){
    synchronized(arg) {
        //doSomething
    }
}

3、修饰对象:如果当前线程进入,那么其他线程在该类所有对象上的任何操作都不能进行,此时当前线程获得的是对象锁。

public class SyncThread implements Runnable {
    public static void main(String args[]) {
        SyncThread syncThread = new SyncThread();
        Thread therad1 = new Thread(syncThread, "therad1");
        Thread therad2 = new Thread(syncThread, "therad2");
        Thread therad3 = new Thread(syncThread, "therad3");
        therad1.start();
        therad2.start();
        therad3.start();
    }
    public void run() {
        synchronized (this) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

4、修饰类:如果当前线程进入,那么其他线程在该类中所有操作不能进行,包括静态变量和静态方法,此时当前线程获得的是对象锁。

public class syncClass {
    public void method() {
        synchronized(syncClass.class) {
            //doSomething
        }
    }
}

volatile
  volatile 关键字的作用是禁止指令的重排序,强制从公共堆栈中取得变量的值,而不是从线程私有的数据栈中取变量的值。 
volatile与synchronized的区别如下:

volatile 不会发生线程阻塞,而 synchronized 会发生线程阻塞。
volatile 只能修饰变量,而 synchronized 可以修饰方法、代码块等。
volatile 不能保证原子性(不能保证线程安全),而 synchronized 可以保证原子性。
volatile 解决的是变量在多线程之间的可见性,而 synchronized 解决的是多线程之间访问资源的同步性。
lock
  synchronized是隐式锁,在需要同步的对象中加入此控制,而lock是显示锁,需要显示指定起始位置和终止位置。


使用lock时在finally中必须释放锁,不然容易造成线程死锁;而使用synchronized时,获取锁的线程会在执行完同步代码后释放锁(或者JVM会在线程执行发生异常时释放锁)。
使用lock时线程不会一直等待;而使用synchronized时,假设A线程获得锁后阻塞,其他线程会一直等待。
lock可重入、可中断、可公平也可不公平;而synchronized可重入但不可中断、非公平。 
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原文链接:https://blog.youkuaiyun.com/u012102104/article/details/79231159

<think>首先,用户的问题是:“我想理解 synchronizedvolatile 在 Java 中的作用和区别 请问Java 中 synchronizedvolatile 的区别对比”。这是一个关于Java多线程编程的关键概念。 我需要根据系统级指令来构建回答: - 所有行内数学表达式使用$...$格式,但在这个主题中,可能没有数学表达式,所以我可以忽略。 - 独立公式使用$$...$$格式并单独成段,同样可能不适用。 - LaTeX语法正确:确保任何公式或代码正确。 - 使用中文回答:整个回答必须是中文。 - 生成相关问题:在回答末尾添加相关问题。 - 回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识:引用提供的引用内容,如[^1]。 提供的引用: - [^1]: Java面试必备:VolatileSynchronized的区别详解。讨论volatilesynchronized的区别。 - [^2]: 深入理解 Java 中的 volatilesynchronized 关键字。探讨用法、工作原理和应用场景。 - [^3]: Java 中的 volatilesynchronized和 ReentrantLock区别讲解。包括特性和示例。 - [^4]: volatile能禁止指令重新排序,保证有序性。讨论volatilesynchronized的作用和区别。 - [^5]: volatile无法保证原子性,synchronized可以保证原子性。 用户的需求是理解synchronizedvolatile的作用和区别。所以,我需要结构化回答: 1. 介绍synchronizedvolatile的基本作用。 2. 详细比较它们的区别。 3. 使用提供的引用支持点。 4. 保持回答清晰、逐步解决问题。 回答结构: - 开头:简要介绍主题。 - 主体:分点解释作用和区别。 - 结尾:总结并生成相关问题。 关键点从引用中提取: - **volatile**: - 保证可见性:当一个线程修改volatile变量时,其他线程立即看到变化。[^2][^3] - 禁止指令重排序:保证有序性。[^4] - 无法保证原子性:例如,i++操作不是原子的。[^5] - **synchronized**: - 保证原子性:通过monitorenter和monitorexit指令,确保代码块同一时间只有一个线程访问。[^5] - 保证可见性和有序性:因为synchronized块退出时,所有变量写入主内存。[^1][^4] - 用于方法或代码块,提供互斥锁。 区别: 1. **原子性**:synchronized保证原子性,volatile不保证。[^5] 2. **可见性**:两者都保证可见性,但volatile更轻量级。 3. **有序性**:volatile禁止重排序;synchronized通过锁机制间接保证。 4. **使用场景**:volatile适合单个变量的读写;synchronized适合复杂操作或代码块。 5. **性能**:volatile更快,因为无锁;synchronized有锁开销。 在回答中,自然地添加引用标识,例如在相关段落末尾。 生成相关问题: - 基于主题,如性能优化、应用场景等。 - 例如:1. 如何选择使用volatile还是synchronized?2. volatile在哪些场景下适用?3. synchronized的优化方法? 确保回答真实可靠:基于标准Java知识和提供的引用。 最终回答大纲: 1. 介绍synchronizedvolatile。 2. 解释各自作用。 3. 对比区别。 4. 总结。 5. 添加相关问题。</think>### Java 中 synchronizedvolatile 的作用与区别对比 在 Java 多线程编程中,`synchronized` 和 `volatile` 都是用于解决线程安全问题的关键字,但它们在机制、适用场景和效果上有显著差异。下面我将逐步解释它们的作用和核心区别,帮助您深入理解。回答基于 Java 内存模型(JMM)和标准并发原理,并结合可靠引用进行说明。 #### 1. **synchronized 的作用** - **保证原子性(Atomicity)**:`synchronized` 通过内置锁(monitor lock)确保被修饰的代码块或方法在同一时间只能被一个线程访问。这避免了多线程竞争导致的脏读或写问题。例如,对共享变量的复合操作(如 `i++`)是原子的,因为锁机制通过 `monitorenter` 和 `monitorexit` 指令实现互斥[^5]。 - **保证可见性(Visibility)**:当一个线程退出 `synchronized` 块时,它会强制将所有变量的修改刷新到主内存,其他线程读取时能立即看到最新值。这解决了 CPU 缓存不一致问题[^1][^4]。 - **保证有序性(Ordering)**:`synchronized` 通过锁机制间接防止指令重排序,确保代码执行顺序符合预期[^4]。 - **适用场景**:适合需要互斥访问的复杂操作,如修改多个共享变量或执行临界区代码。例如,银行账操作需要原子性更新多个账户余额。 ```java public class Counter { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; // 原子操作 } } ``` #### 2. **volatile 的作用** - **保证可见性**:`volatile` 变量被修改后,会立即写回主内存,并无效化其他线程的缓存副本,确保所有线程读取到最新值。这适用于单个变量的读写场景[^2][^3]。 - **保证有序性**:`volatile` 通过内存屏障(Memory Barrier)禁止编译器和 CPU 的指令重排序。例如,在 `volatile` 写操作前的指令不能重排到写之后,这保证了操作的顺序性[^4]。 - **不保证原子性**:`volatile` 无法处理复合操作。例如,`volatile int i; i++` 不是原子的,因为 `i++` 涉及读取、修改、写入三步,多线程下可能出错[^5]。 - **适用场景**:适合状态标志或轻量级同步,如控制线程启停的布尔变量。 ```java public class Status { private volatile boolean running = true; // 可见性和有序性保证 public void stop() { running = false; // 其他线程立即可见 } } ``` #### 3. **synchronizedvolatile 的核心区别对比** 以下是两者的关键差异总结,基于 Java 并发模型: | 特性 | synchronized | volatile | 区别说明 | |--------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------| | **原子性** | ✅ 保证(通过锁机制) | ❌ 不保证(仅适合单个变量读写) | `synchronized` 适合复合操作;`volatile` 只适合简单变量[^5]。 | | **可见性** | ✅ 保证(锁释放时刷新主内存) | ✅ 保证(立即写回主内存) | 两者都保证可见性,但 `volatile` 更轻量级,无锁开销[^1][^2]。 | | **有序性** | ✅ 间接保证(锁机制防止重排序) | ✅ 直接保证(禁止指令重排序) | `volatile` 通过内存屏障实现;`synchronized` 通过锁的 happens-before 规则[^4]。 | | **性能** | 较高开销(锁竞争可能导致线程阻塞) | 低开销(无锁,仅内存屏障) | `volatile` 性能更好,但适用场景有限[^3]。 | | **使用方式** | 修饰方法或代码块(如 `synchronized void method()`) | 修饰变量(如 `volatile int flag`) | `synchronized` 用于代码块;`volatile` 仅用于变量声明[^1][^3]。 | | **适用场景** | 复杂同步(如数据库事务、计数器) | 简单状态标志(如线程控制变量) | 选择依据:操作复杂度;`volatile` 不适合需要原子性的场景[^2][^5]。 | #### 4. **总结** - **synchronized** 是一个重量级同步机制,提供原子性、可见性和有序性的全面保障,但以性能开销为代价。它通过锁实现互斥,适合多步操作。 - **volatile** 是一个轻量级关键字,仅保证可见性和有序性,无法处理原子操作。它通过内存屏障避免重排序,适合单变量状态管理。 - **实际开发建议**:优先考虑 `volatile` 用于简单标志位;如果需要原子性或复杂同步,使用 `synchronized` 或更高级的锁(如 `ReentrantLock`)。错误使用(如用 `volatile` 替代 `synchronized` 做计数器)会导致线程安全问题[^3][^5]。 通过以上对比,您可以更清晰地根据需求选择合适的关键字。如果您有具体代码示例或场景,我可以进一步分析。
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