synchronized 与 volatile 关键字

1.前言

  synchronized关键字和volatile是大家在Java多线程学习时接触的两个关键字，很多同学可能学习完就忘记了，本文帮助大家回顾以及学习两个关键字的作用，以及说出它们的区别，同时也为了自己学习巩固。

1.synchronized 关键字

1. 互斥

  属于synchronized最关键的特性，可以起到互斥的作用，当某个线程执行到某个对象的synchronized中时，其他线程如果也执行到同一个对象 的synchronized 时就会进行阻塞等待。

• 进入synchronized 修饰的代码块此时相当于 加锁
• 退出synchronized 修饰的代码块此时相当于 释放锁

其解决的问题是在多线程环境下，多个线程对于同一个变量进行读写操作时可能产生的线程安全问题。
如下图代码：

public class Main {static int count = 0;static void add() {count++;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {add();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {add();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}
}

按照预期，我们希望count的值应该是100000，当执行后输出的答案却是：

无论多次执行多少次，答案总是与预期相差甚远。这是最简单的多线程安全问题。因为count++这个操作，需要先将count从主内存读入到工作内存，然后增值，再将更改后的值写回主内存，这一系列操作必须保证原子性，而在多线程环境下是无法保证的，所以我们需要加上synchronized进行上锁，以此保证自增这个操作的原子性。
只需更改add方法如下：

 synchronized static void add() {count++;}

再次运行后答案与预期相符合：

需要注意一点，synchronized修饰方法时如果是静态方法，则加的是该类对象的锁，如果是成员方法，则加的是对象锁。

2.保证内存可见性

从上面也可以看出synchronized的工作过程：

• 1.获得互斥锁
• 2.从主内存拷贝变量的最新副本到工作内存
• 3.执行代码
• 4.讲更改后的共享变量的值更新回工作内存
• 5.释放互斥锁

这样的工作流程，是一定可以保证内存可见性的。当然有的同学并不了解什么是内存可见性，下文讲volatile时我们稍微讲一下，因为它也能保证内存可见性。

3.可重入

synchronized同步块，对于同一条线程来说是可重入的，不会出现将自身锁死的情况。

当然大家可能对 自身锁死 这个情况不太理解，我们举例一个代码：

public class Main {//锁对象public static Object lock = new Object();public static void main(String[] args) {//一次加锁synchronized (lock) {//二次加锁synchronized (lock) {System.out.println("正确输出");}}}
}

当线程在一次加锁时，会成功加锁，当第二次加锁时，此时lock已被上锁，于是该线程进行阻塞等待，但其实这个锁是被它自己拿着的，它又不进行释放锁操作，于是将自己锁死。这样的锁称之为 不可重入锁。

当我们Java中的synchronized是可重入锁，不会出现上面的问题，它可以正确打印：

如果对上述代码还不够理解，可以再看一个二次加锁的例子：

public class Main {public int count = 0;synchronized void increase() {count++;}synchronized void increase2() {increase();}
}

在上诉代码中：

• increase和increase2两个方法都加了synchronized ，而且它们的锁对象都是针对当前对象加锁的。
• 在调用increase2时，会先给该对象上锁，执行调用increase时，会二次上锁（此时上个锁还未释放），这是没问题的，因为synchronized是可重入锁。

那是否真的上了两把锁呢？
其实并非如此，在可重入锁的内部，包含了 线程持有者 和 计数器 两个信息。

• 如果某个线程加锁时，发现锁已被占用，但又发现占用的恰好是自己时，那么然后可以获取到这个锁，并让计数器自增
• 解锁时首先会让计数器自减，但只有真正自减到0时，我们才会真正意义上的将该锁释放，以供其他线程获取到。

2. volatile 关键字

相对于 synchronized来说，大家可能对volatile会比较陌生，我们来看看其有哪些作用。

1.保证内存可见性

简单来说，线程在工作时，会去主内存中读取数据到工作内存中，然后从工作内存读取数据。但是，线程从工作内存读取数据的速度，要远远的大于从主内存读取数据。

当一个线程大量地从主内存请求同一个变量的值时，它会发现这个值一直没变，此时jvm会 “自作主张” 的进行优化，直接从工作内存读取之前读到的值。这就会导致一个问题，其他线程对这个共享变量值进行修改，这个线程不能及时地被看到，也就读到了一个错误的值。

比如如下代码：

public class Main{static int isQuit = 0;public static void main(String[] args) {Thread t = new Thread(() -> {while (isQuit == 0) {}System.out.println("t线程执行结束");});t.start();Scanner sc = new Scanner(System.in);isQuit = sc.nextInt();System.out.println("main线程执行结束");}
}

执行以后随便输入一个非零整数：

发现t线程仍然在进行，而main线程已经结束，但按照逻辑其实此时isQuit值被修改为非零，t线程也应该结束。这就是由于内存可见性产生的问题，main线程修改了isQuit的值t线程并不能及时的接收到。

解决的方法也很简单，只需要给isQuit加上volatile关键字，这样每次t线程都会强制去主内存中读取isQuit的值，从而保证了内存可见性。

2.无法保证原子性

  volatile相较于synchronized来说，主要在于其无法保证原子性，也就是对于下面这个程序，即使给count加上volatile，我们也无法让count的值为100000。

public class Main {static int count = 0;static void add() {count++;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {add();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 50000; i++) {add();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}
}

3.synchronized 与 volatile 的区别

  根据上面的总结，我们可知：synchronized既可以保证原子性还可以保证内存可见性，而volatile只能保证内存可见性。那有的人是不是肯定想，那我们无脑使用synchronized不就好了吗？
  那肯定不对，synchronized会进行加锁，使得效率大大的较低，而volatile却不会影响效率，所以只有必须要保证原子性的操作，我们才选择synchronized进行加锁。