volatile和synchronized區別

volatile是Java提供的一種輕量級的同步機制，在併發編程中，它也扮演着比較重要的角色。同synchronized相比（synchronized一般稱爲重量級鎖），volatile更輕量級，相比使用synchronized所帶來的龐大開銷，假若能恰當的合理的使用volatile，天然是美事一樁。

爲了能比較清晰完全的理解volatile，咱們一步一步來分析。首先來看看以下代碼

public class TestVolatile {
    boolean status = false;

    /**
     * 狀態切換爲true
     */
    public void changeStatus(){
        status = true;
    }

    /**
     * 若狀態爲true，則running。
     */
    public void run(String t){
        if(status){
            System.out.println("running...." + t);
        }
    }
}

上面這個例子，在多線程環境裏，假設線程A執行changeStatus()方法後,線程B運行run()方法，能夠保證輸出"running....."嗎？

　　答案是NO!

　　這個結論會讓人有些疑惑，能夠理解。由於假若在單線程模型裏，先運行changeStatus方法，再執行run方法，天然是能夠正確輸出"running...."的；可是在多線程模型中，是無法作這種保證的。由於對於共享變量status來講，線程A的修改，對於線程B來說，是"不可見"的。也就是說，線程B此時可能沒法觀測到status已被修改成true。那麼什麼是可見性呢？

　　所謂可見性，是指當一條線程修改了共享變量的值，新值對於其餘線程來講是能夠當即得知的。很顯然，上述的例子中是沒有辦法作到內存可見性的。

　　Java內存模型

　　爲何出現這種狀況呢，咱們須要先了解一下JMM（java內存模型）

　　java虛擬機有本身的內存模型（Java Memory Model，JMM），JMM能夠屏蔽掉各類硬件和操做系統的內存訪問差別，以實現讓java程序在各類平臺下都能達到一致的內存訪問效果。

　　JMM決定一個線程對共享變量的寫入什麼時候對另外一個線程可見，JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係：共享變量存儲在主內存(Main Memory)中，每一個線程都有一個私有的本地內存（Local Memory），本地內存保存了被該線程使用到的主內存的副本拷貝，線程對變量的全部操做都必須在工做內存中進行，而不能直接讀寫主內存中的變量。這三者之間的交互關係以下

 

 

　須要注意的是，JMM是個抽象的內存模型，因此所謂的本地內存，主內存都是抽象概念，並不必定就真實的對應cpu緩存和物理內存。固然若是是出於理解的目的，這樣對應起來也無不可。

　　大概瞭解了JMM的簡單定義後，問題就很容易理解了，對於普通的共享變量來說，好比咱們上文中的status，線程A將其修改成true這個動做發生在線程A的本地內存中，此時還未同步到主內存中去；而線程B緩存了status的初始值false，此時可能沒有觀測到status的值被修改了，因此就致使了上述的問題。那麼這種共享變量在多線程模型中的不可見性如何解決呢？比較粗暴的方式天然就是加鎖，可是此處使用synchronized或者Lock這些方式過重量級了，有點炮打蚊子的意思。比較合理的方式其實就是volatile

　　volatile具有兩種特性，第一就是保證共享變量對全部線程的可見性。將一個共享變量聲明爲volatile後，會有如下效應：

　　　　1.當寫一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的本地內存中的變量強制刷新到主內存中去；

　　　　2.這個寫會操做會致使其餘線程中的緩存無效。

上面的例子只需將status聲明爲volatile，便可保證在線程A將其修改成true時，線程B能夠馬上得知

 volatile boolean status = false;

　可是須要注意的是，咱們一直在拿volatile和synchronized作對比，僅僅是由於這兩個關鍵字在某些內存語義上有共通之處，volatile並不能徹底替代synchronized，它依然是個輕量級鎖，在不少場景下，volatile並不能勝任。看下這個例子：

public class Counter {
    public static volatile int num = 0;
    //使用CountDownLatch來等待計算線程執行完
    static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(30);
    public static void main(String []args) throws InterruptedException {
        //開啓30個線程進行累加操做
        for(int i=0;i<30;i++){
            new Thread(){
                public void run(){
                    for(int j=0;j<10000;j++){
                        num++;//自加操做
                    }
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }.start();
        }
        //等待計算線程執行完
        countDownLatch.await();
        System.out.println(num);
    }
}

針對這個示例，一些同窗可能會以爲疑惑，若是用volatile修飾的共享變量能夠保證可見性，那麼結果不該該是300000麼?

問題就出在num++這個操做上，由於num++不是個原子性的操做，而是個複合操做。咱們能夠簡單講這個操做理解爲由這三步組成:

　　1.讀取

　　2.加一

　　3.賦值

　　因此，在多線程環境下，有可能線程A將num讀取到本地內存中，此時其餘線程可能已經將num增大了不少，線程A依然對過時的num進行自加，從新寫到主存中，最終致使了num的結果不合預期，而是小於30000。

針對num++這類複合類的操做，可使用java併發包中的原子操做類原子操做類是經過循環CAS的方式來保證其原子性的。

public class Counter {
//    public static volatile int num = 0;
    //使用原子操做類
    public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);
    //使用CountDownLatch來等待計算線程執行完
    static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(30);
    public static void main(String []args) throws InterruptedException {
        //開啓30個線程進行累加操做
        for(int i=0;i<30;i++){
            new Thread(){
                public void run(){
                    for(int j=0;j<10000;j++){
                        num.incrementAndGet();//原子性的num++,經過循環CAS方式
                    }
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }.start();
        }
        //等待計算線程執行完
        countDownLatch.await();
        System.out.println(num);
    }
}

參考：http://www.javashuo.com/article/p-kvwrkeas-cg.html