java併發中的volatile和synchronized

  今天使用到了volatile關鍵字，以前瞭解到這個關鍵字，可是不知道他的具體做用是什麼，下面就來詳細解釋一下他的做用：

在java線程併發處理中，有一個關鍵字volatile的使用目前存在很大的混淆，覺得使用這個關鍵字，在進行多線程併發處理的時候就能夠萬事大吉。
Java語言是支持多線程的，爲了解決線程併發的問題，在語言內部引入了 同步塊(synchronized) 和 volatile 關鍵字機制。

synchronized 
同步塊你們都比較熟悉，經過 synchronized 關鍵字來實現，全部加上synchronized 和 塊語句，在多線程訪問的時候，同一時刻只能有一個線程可以用synchronized 修飾的方法 或者 代碼塊。

volatile
用volatile修飾的變量，線程在每次使用變量的時候，都會讀取變量修改後的最新的值。volatile很容易被誤用，用來進行原子性操做。
下面看一個例子，咱們實現一個計數器，每次線程啓動的時候，會調用計數器inc方法，對計數器進行加一

 

public static void main(String[] args) throws Exception{
    final VolatileTest obj = new VolatileTest();
    //建立1000個線程對變量data進行加1操做
    for(int i=0;i<1000;i++){
        new Thread(){
            @Override
            public void run(){
                try{
                    Thread.sleep(1);
                    obj.data++;
                }catch(Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }.start();
    }
    //打印結果
    System.out.println("data:"+obj.data);
}

 

運行結果:data:995

實際運算結果每次可能都不同，本機的結果爲：運行結果:data:995，能夠看出，在多線程的環境下，data並無指望結果是1000 

不少人覺得，這個是多線程併發問題，只須要在變量data以前加上volatile就能夠避免這個問題，那咱們在修改代碼看看，看看結果是否是符合咱們的指望 :
運行結果:data:992

運行結果仍是沒有咱們指望的1000，下面咱們分析一下緣由

咱們都知道jvm運行時刻內存的分配。其中有一個內存區域是jvm虛擬機棧，每個線程運行時都有一個線程棧，線程棧保存了線程運行時候變量值信息。當線程訪問某一個對象時候值的時候，首先經過對象的引用找到對應在堆內存的變量的值，而後把堆內存變量的具體值load到線程本地內存中，創建一個變量副本，以後線程就再也不和對象在堆內存變量值有任何關係，而是直接修改副本變量的值，在修改完以後的某一個時刻（線程退出以前），自動把線程變量副本的值回寫到對象在堆中變量。這樣在堆中的對象的值就產生變化了。下面一幅圖

 

描述這一過程：
read and load  從主存複製變量到當前工做內存
use and assign   執行代碼，改變共享變量值 
store and write  用工做內存數據刷新主存相關內容

其中use and assign 能夠屢次出現
可是這一些操做並非原子性，也就是 在read load以後，若是主內存data變量發生修改以後，線程工做內存中的值因爲已經加載，不會產生對應的變化，因此計算出來的結果會和預期不同。

 

對於volatile修飾的變量，jvm虛擬機只是保證從主內存加載到線程工做內存的值是最新的
例如假如線程1，線程2 在進行read,load 操做中，發現主內存中data的值都是5，那麼都會加載這個最新的值
在線程1對data進行修改以後，會write到主內存中，主內存中的data變量就會變爲6
線程2因爲已經進行read,load操做，在進行運算以後，也會更新主內存data的變量值爲6
致使兩個線程及時用volatile關鍵字修改以後，仍是會存在併發的狀況。

 

在Java內存模型中，有main memory，每一個線程也有本身的memory (例如寄存器)。爲了性能，一個線程會在本身的memory中保持要訪問的變量的副本。這樣就會出現同一個變量在某個瞬間，在一個線程的memory中的值可能與另一個線程memory中的值，或者main memory中的值不一致的狀況。 

Volatile通常狀況下不能代替sychronized，由於volatile不能保證操做的原子性，即便只是i++，實際上也是由多個原子操做組成：read i; inc; write i，假如多個線程同時執行i++，volatile只能保證他們操做的i是同一塊內存，但依然可能出現寫入髒數據的狀況。若是配合Java 5增長的atomic wrapper classes，對它們的increase之類的操做就不須要sychronized。

 恐怕比較一下volatile和synchronized的不一樣是最容易解釋清楚的。volatile是變量修飾符，而synchronized則做用於一段代碼或方法；看以下三句get代碼： 

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

volatile int i2;  
int geti2() {
return i2;} 
  
int i3;   
synchronized int geti3() {
return i3;}

 

       geti1()獲得存儲在當前線程中i1的數值。多個線程有多個i1變量拷貝，並且這些i1之間能夠互不相同。換句話說，另外一個線程可能已經改變了它線程內的i1值，而這個值能夠和當前線程中的i1值不相同。事實上，Java有個思想叫「主」內存區域，這裏存放了變量目前的「準確值」。每一個線程能夠有它本身的變量拷貝，而這個變量拷貝值能夠和「主」內存區域裏存放的不一樣。所以實際上存在一種可能：「主」內存區域裏的i1值是1，線程1裏的i1值是2，線程2裏的i1值是3——這在線程1和線程2都改變了它們各自的i1值，並且這個改變還沒來得及傳遞給「主」內存區域或其餘線程時就會發生。 

　　而 geti2()獲得的是「主」內存區域的i2數值。用volatile修飾後的變量不容許有不一樣於「主」內存區域的變量拷貝。換句話說，一個變量經 volatile修飾後在全部線程中必須是同步的；任何線程中改變了它的值，全部其餘線程當即獲取到了相同的值。理所固然的，volatile修飾的變量存取時比通常變量消耗的資源要多一點，由於線程有它本身的變量拷貝更爲高效。 
　　既然volatile關鍵字已經實現了線程間數據同步，又要 synchronized幹什麼呢？呵呵，它們之間有兩點不一樣。首先，synchronized得到並釋放監視器——若是兩個線程使用了同一個對象鎖，監視器能強制保證代碼塊同時只被一個線程所執行——這是衆所周知的事實。可是，synchronized也同步內存：事實上，synchronized在「 主」內存區域同步整個線程的內存。所以，執行geti3()方法作了以下幾步： 
1. 線程請求得到監視this對象的對象鎖（假設未被鎖，不然線程等待直到鎖釋放） 
2. 線程內存的數據被消除，從「主」內存區域中讀入（Java虛擬機能優化此步。。。[後面的不知道怎麼表達,汗]） 
3. 代碼塊被執行 
4. 對於變量的任何改變如今能夠安全地寫到「主」內存區域中（不過geti3()方法不會改變變量值） 
5. 線程釋放監視this對象的對象鎖 
　　所以volatile只是在線程內存和「主」內存間同步某個變量的值，而synchronized經過鎖定和解鎖某個監視器同步全部變量的值。顯然synchronized要比volatile消耗更多資源。 
一個變量聲明爲volatile，就意味着這個變量是隨時會被其餘線程修改的，所以不能將它cache在線程memory中。

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