Java多線程以內存可見性和原子性：Synchronized和Volatile的比較

Java多線程以內存可見性和原子性：Synchronized和Volatile的比較

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     在說明Java多線程內存可見性以前，先來簡單瞭解一下Java內存模型。

     （1）Java全部變量都存儲在主內存中
     （2）每一個線程都有本身獨立的工做內存，裏面保存該線程的使用到的變量副本（該副本就是主內存中該變量的一份拷貝）

   （1）線程對共享變量的全部操做都必須在本身的工做內存中進行，不能直接在主內存中讀寫
   （2）不一樣線程之間沒法直接訪問其餘線程工做內存中的變量，線程間變量值的傳遞須要經過主內存來完成。
線程1對共享變量的修改，要想被線程2及時看到，必須通過以下2個過程：
   （1）把工做內存1中更新過的共享變量刷新到主內存中
   （2）將主內存中最新的共享變量的值更新到工做內存2中

可見性與原子性

   可見性：一個線程對共享變量的修改，更夠及時的被其餘線程看到
   原子性：即不可再分了，不能分爲多步操做。好比賦值或者return。好比"a = 1;"和 "return a;"這樣的操做都具備原子性。相似"a += b"這樣的操做不具備原子性，在某些JVM中"a += b"可能要通過這樣三個步驟：
①　取出a和b
②　計算a+b
③　將計算結果寫入內存

 

(1)Synchronized：保證可見性和原子性
    Synchronized可以實現原子性和可見性；在Java內存模型中，synchronized規定，線程在加鎖時 ，先清空工做內存→在主內存中拷貝最新變量的副本到工做內存→執行完代碼→將更改後的共享變量的值刷新到主內存中→釋放互斥鎖。

(2)Volatile：保證可見性，但不保證操做的原子性
    Volatile實現內存可見性是經過store和load指令完成的；也就是對volatile變量執行寫操做時，會在寫操做後加入一條store指令，即強迫線程將最新的值刷新到主內存中；而在讀操做時，會加入一條load指令，即強迫從主內存中讀入變量的值。但volatile不保證volatile變量的原子性，例如：

Private int Num=0;
Num++;//Num不是原子操做

    Num不是原子操做，由於其能夠分爲：讀取Num的值，將Num的值+1，寫入最新的Num的值。
    對於Num++;操做，線程1和線程2都執行一次，最後輸出Num的值多是：1或者2
   【解釋】輸出結果1的解釋：當線程1執行Num++;語句時，先是讀入Num的值爲0，假若此時讓出CPU執行權，線程得到執行，線程2會從新從主內存中，讀入Num的值仍是0，而後線程2執行+1操做，最後把Num=1刷新到主內存中； 線程2執行完後，線程1由開始執行，但以前已經讀取的Num的值0，因此它仍是在0的基礎上執行+1操做，也就是仍是等於1，並刷新到主內存中。因此最終的結果是1

    通常在多線程中使用volatile變量，爲了安全，對變量的寫入操做不能依賴當前變量的值：如Num++或者Num=Num*5這些操做。

(3)Synchronized和Volatile的比較
    1）Synchronized保證內存可見性和操做的原子性
    2）Volatile只能保證內存可見性
    3）Volatile不須要加鎖，比Synchronized更輕量級，並不會阻塞線程（volatile不會形成線程的阻塞；synchronized可能會形成線程的阻塞。）
    4）volatile標記的變量不會被編譯器優化,而synchronized標記的變量能夠被編譯器優化（如編譯器重排序的優化）.
    5）volatile是變量修飾符，僅能用於變量，而synchronized是一個方法或塊的修飾符。
      volatile本質是在告訴JVM當前變量在寄存器中的值是不肯定的，使用前，須要先從主存中讀取，所以能夠實現可見性。而對n=n+1,n++等操做時，volatile關鍵字將失效，不能起到像synchronized同樣的線程同步（原子性）的效果。

 

【相關習題】

(1)下列說法不正確的是（）
A.當兩個併發線程訪問同一個對象object中的這個synchronized(this)同步代碼塊時，一個時間內只能有一個線程獲得執行。
B.當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另外一個線程仍然能夠訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。
C.當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其餘線程對object中全部其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問不會被阻塞。
D.當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，它就得到了這個object的對象鎖。結果，其它線程對該object對象全部同步代碼部分的訪問都被暫時阻塞。
答案：C，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其餘線程對object中全部其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將會被阻塞。
(2)下面敘述錯誤的是： A.經過synchronized和volatile均可以實現可見性 B.不一樣線程之間能夠直接訪問其餘線程工做內存中的變量 C.線程對共享變量的全部操做都必須在本身的工做內存中進行 D.全部的變量都存儲在主內存中 答案：B，不一樣線程之間沒法直接訪問其餘線程工做內存中的變量