java中的volatile和synchronized

本文深入探讨了Java中volatile与synchronized两种关键字的区别,包括它们如何影响变量的可见性和原子性,以及如何在多线程环境中实现数据同步。

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这个可能是最好的对比volatilesynchronized作用的文章了。volatile是一个变量修饰符,而synchronized是一个方法或块的修饰符。所以我们使用这两种关键字来指定三种简单的存取变量的方式。

         int i1;                       int geti1() {return i1;}

volatile int i2;                       int geti2() {return i2;}

     int i3;          synchronized int geti3() {return i3;}

geti1()当前线程中立即获取在i1变量中的值。线程可以获得变量的本地拷贝,而所获得的变量的值并不一定与其他线程所获得的值相同。特别是,如果其他的线程修改了i1的值,那么当前线程获得的i1的值可能与修改后的值有所差别。实际上,Java有一种主内存的机制,使用一个主内存来保存变量当前的正确的值。线程将变量的值拷贝到自己独立的内存中,而这些线程的内存拷贝可能与主内存中的值不同。所以实际当中可能发生这样的情况,在主内存中i1的值为1,线程1和线程2都更改了i1,但是却没把更新的值传回给主内存或其他线程中,那么可能在线程1i1的值为2,线程2i1的值却为3

另一方面,geti2()可以有效的从主内存中获取i2的值。一个volatile类型的变量不允许线程从主内存中将变量的值拷贝到自己的存储空间。因此,一个声明为volatile类型的变量将在所有的线程中同步的获得数据,不论你在任何线程中更改了变量,其他的线程将立即得到同样的结果。由于线程存取或更改自己的数据拷贝有更高的效率,所以volatile类型变量在性能上有所消耗。

那么如果volatile变量已经可以使数据在线程间同步,那么synchronizes用来干什么呢?两者有两方面的不同。首先,synchronized获取和释放由监听器控制的锁,如果两个线程都使用一个监听器(即相同对象锁),那么监听器可以强制在一个时刻只有一个线程能处理代码块,这是最一般的同步。另外,synchronized还能使内存同步。在实际当中,synchronized使得所有的线程内存与主内存相同步。所以geti3()的执行过程如下:

1.    线程从监听器获取对象的锁。(这里假设监听器非锁,否则线程只有等到监听器解锁才能获取对象锁)

2.    线程内存更新所有的变量,也就是说他将读取主内存中的变量使自己的变量保证有效。(JVM会使用一个“脏”标志来最优化过程,使得仅仅具有“脏”标志变量被更新。详细的情况查询JAVA规范的17.9)

3.    代码块被执行(在这个例子中,设置返回值为刚刚从主内存重置的i3当前的值。)

4.    任何变量的变更将被写回到主内存中。但是这个例子中geti3()没有什么变化。

5.    线程释放对象的锁给监听器。

所以volatile只能在线程内存和主内存之间同步一个变量的值,而synchronized则同步在线程内存和主内存之间的所有变量的值,并且通过锁住和释放监听器来实现。显然,synchronized在性能上将比volatile更加有所消耗。

 

=============关于两者的区别===================

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、和类级别的
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

 

红字体部分的原因如下:
线程A修改了变量还没结束时,另外的线程B可以看到已修改的值,而且可以修改这个变量,而不用等待A释放锁,因为Volatile 变量没上锁


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今天看到一篇讲java内存模型的文章不错,记录一下

http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1

<think>嗯,用户想了解Javavolatilesynchronized的关键区别以及使用场景。这个问题很基础但特别重要,涉及到并发编程的核心概念。从用户之前的引用内容看,ta显然已经做过一些功课,但还需要更系统的对比。用户引用的三份资料其实已经涵盖了主要知识点:[^1]提到了可见性原子性的基础区别,[^2]用公告板的比喻形象说明了volatile的可见性机制,[^3]则详细列出了技术细节使用限制。不过这些信息比较零散,需要帮ta整合成体系。值得注意几个技术要点:首先是"不满足条件时volatile会出什么问题"需要具体说明。比如当违反"写入不依赖当前值"规则时,用volatile修饰的计数器即便++操作也会出错,因为自增实际上是read-modify-write三步操作。这个得用例子说明才直观。其次是内存语义的深层区别。volatile实际是通过内存屏障禁止指令重排序的,而synchronized是互斥锁机制。这导致它们的开销差异很大:在仅需可见性保障时,volatile的性能能比synchronized高几个数量级。用户应该会关心实际编码场景。除了常见的状态标志位,可以补充DCL(双重检查锁)中volatile的经典用法。而对于synchronized,要强调它不仅能保护变量,还能保护代码块——比如在账户转账时保证"查询余额-扣款-写入"整个过程的原子性。安全问题也要提醒:比如用volatile修饰对象引用时,只能保证引用地址的可见性,对象内部字段的修改依然可能存在线程安全问题。这点很多开发者容易忽略。最后响应速度的对比很有趣。参考资料提到volatile不会阻塞线程,但在实际高并发场景下,频繁的缓存失效可能导致隐性性能损耗。而synchronizedJava6优化后,偏向锁/轻量级锁等机制已经大幅降低了阻塞开销。</think> 好的,我们来详细梳理一下 Java 中 `volatile` `synchronized` 这两个并发关键字的核心区别、工作原理以及适用场景。 以下是 `volatile` `synchronized` 的主要区别总结: | **对比维度** | **`volatile`** | **`synchronized`** | |------------|---------------|-------------------| | **核心作用** | 保证变量修改的可见性 | 保证变量修改的原子性与可见性 | | **内存语义** | 直接读写主内存 | 锁定时获取主内存最新值,解锁前写入主内存 | | **原子性保证** | ✘ 无 | ✓ 有(可以保证复合操作的原子性) | | **可见性保证** | ✓ 有 | ✓ 有(比volatile更严格) | | **排他性/互斥** | ✘ 无 | ✓ 有(一次只允许一个线程进入) | | **阻塞** | ✘ 不会引起阻塞 | ✓ 可能引起阻塞 | | **适用级别** | 变量级 | 变量、方法、代码块、类级 | | **性能开销** | 相对较低 | 相对较高(尤其在高竞争下) | ## 详细解析 1. **核心作用 (Key Purpose)** * **`volatile`**: **唯一职责是保证变量的可见性 (visibility)**。 * 当一个线程修改了一个 `volatile` 变量的值时,这个新值会**立即**被刷新回主内存(而不是仅仅留在工作内存/CPU缓存)。 * 当其他线程随后读取这个 `volatile` 变量时,它们会**强制**从主内存重新加载最新的值(而不是使用本地缓存中的旧值)。 * **禁止指令重排序优化**:`volatile` 写操作前(StoreStore)写操作后(StoreLoad)的内存屏障,以及读操作前(LoadLoad)读操作后(LoadStore)的内存屏障,限制了编译器处理器对指令的重排序。 * **`synchronized`**: **核心是提供互斥访问 (mutual exclusion) 并由此带来原子性可见性保证**。 * **互斥性 (Mutual Exclusion)**:当一个线程进入一个 `synchronized` 方法或代码块(获取锁),其他尝试进入**同一个锁**(基于对象或类)的 `synchronized` 方法/代码块的线程会被阻塞(挂起)。 * **原子性 (Atomicity)**:由互斥性保证。它确保了一个线程在执行 `synchronized` 代码块中的所有语句时,不会被其他线程干扰,从而将整个代码块视为一个原子操作。这对于需要多个步骤的操作至关重要(如 `i++` 这个 read-modify-write 操作)。 * **可见性 (Visibility)**:是互斥性带来的副产品,比 `volatile` 更严格: * 线程在进入 `synchronized` 代码块(获取锁)时,会**清空工作内存**,强制从主内存重新加载共享变量的值,确保看到最新的状态。 * 线程在退出 `synchronized` 代码块(释放锁)时,会把修改过的变量值**强制刷新回主内存**。这使得随后获取同一把锁的其他线程能看到这些修改。 2. **原子性保证 (Atomicity Guarantee)** * **`volatile`**:**不提供任何原子性保证**。这是它们最核心的区别之一。 * 对 `volatile` 变量进行的单次读或写操作本身是原子的(如 `volatile int x; x = 10;`)。 * 但多个操作的复合操作(即使是简单的 `v++`,它包含了读取 `v`、+1、写回 `v` 三个操作)**不是原子**的。如果多个线程试图同时执行 `v++`,仍然会发生数据竞争导致结果不正确(即使 `v` 是 `volatile`)。 * **`synchronized`**:**提供了原子性保证**。它通过锁机制,确保了一个线程可以完整地执行被锁保护的一段代码(即使包含多个操作,如读取、计算、写入),而不会被其他线程打断。这个代码块中的操作对其它线程来说是不可分割的,就像是一个操作一样。 3. **阻塞 (Blocking)** * **`volatile`**:**访问 `volatile` 变量永远不会引起线程阻塞**。它只涉及内存访问,不涉及锁获取线程挂起/唤醒。 * **`synchronized`**:**获取锁的过程可能导致线程阻塞**。如果一个线程尝试进入一个 `synchronized` 块,而所需的锁(对象监视器锁)已被其他线程持有,那么该线程会被挂起,进入阻塞状态(BLOCKED),直到锁被释放并唤醒它。这是实现互斥的核心机制。这也是 `synchronized` 在某些高竞争场景下性能开销的来源。 4. **范围级别 (Applicability Level)** * **`volatile`**:**只能修饰成员变量(实例变量、类变量)**。 * **`synchronized`**:**可以修饰代码块、方法(实例方法、静态方法)、甚至类**(通过锁类对象)。适用性更广泛。 5. **性能开销 (Performance)** * **`volatile`**:**开销相对较低**。因为它不需要获取释放锁,不会引起线程上下文切换。 * **`synchronized`**:**开销相对较高**。现代 JVM (Java 6+) 对 `synchronized` 做了大量优化(如偏向锁、轻量级锁、适应性自旋锁、锁膨胀),但相比 `volatile`,它最终涉及到锁竞争管理(可能导致线程挂起唤醒)内存屏障,在高度竞争的情况下开销显著增加。 ## 使用场景 (Use Cases) * **`volatile` 适用场景 (When to use `volatile`)**: * **简单的状态标志位 (Simple Status Flags)**:这是最经典的场景。需要一个 `volatile boolean` 变量(如 `shutdownRequested`)来通知线程从循环中退出或其他简单状态变更。 ```java volatile boolean shutdownRequested = false; void shutdown() { shutdownRequested = true; } void doWork() { while (!shutdownRequested) { // ... do tasks ... } } ``` * **单次安全发布 (Safe Publication - one-time)**:利用 `volatile` 的禁止重排序特性,安全地发布一个构造完整的对象引用(需要满足“初始化期间没有逸出”等条件)。 ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized(Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); // volatile write after initialization } } } return instance; } // ... private constructor ... } ``` * **对变量的读操作远多于写操作**:在这种情况下,避免互斥锁的开销更重要,同时 `volatile` 能保证读到的是最新值。 * **满足条件**:操作必须是单步原子写(如直接赋值 `x = y`),且不依赖于变量的当前值(不能用 `x++`),并且变量不参与与其他变量的不变性约束(Invariants)。[^3] * **`synchronized` 适用场景 (When to use `synchronized`)**: * **复合操作的原子性保证 (Atomic Compound Actions)**:任何需要多个步骤且必须作为一个整体执行的操作,如 `i++` (即使 `i` 是 `volatile` 也不行),转账操作(读取A余额、读取B余额、扣A加B、写回A、写回B)。 ```java class Account { private double balance; public synchronized void deposit(double amount) { balance += amount; // atomic operation protected by lock } public synchronized void withdraw(double amount) { balance -= amount; // atomic operation protected by lock } } ``` * **读写操作都需要同步控制 (Critical Sections with Read-Modify-Write)**:当不仅需要写操作同步,读操作也需要查看最新一致状态并可能与写互斥的场景。 * **维护不变性约束 (Maintaining Invariants)**:当多个共享变量之间存在约束关系时(例如,两个变量的值必须保持某种比例关系),访问这些变量的操作需要在一个临界区内完成,以保证约束不被破坏。[^3] * **需要更严格的可见性保证**:虽然 `volatile` 也提供可见性,但 `synchronized` 在进入/退出块时的内存屏障提供了更全的"发生在关系"保证。 * **当 `volatile` 的使用条件不满足时**:特别是需要原子性保证或存在复合操作时,必须使用 `synchronized` (或显式锁)。 ## 核心区别再强调 * **`volatile` = 可见性 + 禁止重排序 (Visibility + No-Reordering)** * **`synchronized` = 互斥性 + 原子性 + 可见性 (Mutual Exclusion + Atomicity + Visibility)** ## 相关问题
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