Java多线程之内存可见性和原子性：Synchronized和Volatile的比较

Java多线程之内存可见性和原子性：Synchronized和Volatile的比较

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在说明Java多线程内存可见性之前，先来简单了解一下Java内存模型。

     （1）Java所有变量都存储在主内存中
     （2）每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程的使用到的变量副本（该副本就是主内存中该变量的一份拷贝）

   （1）线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接在主内存中读写
   （2）不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。
线程1对共享变量的修改，要想被线程2及时看到，必须经过如下2个过程：
   （1）把工作内存1中更新过的共享变量刷新到主内存中
   （2）将主内存中最新的共享变量的值更新到工作内存2中

可见性与原子性

   可见性：一个线程对共享变量的修改，更够及时的被其他线程看到
   原子性：即不可再分了，不能分为多步操作。比如赋值或者return。比如"a = 1;"和 "return a;"这样的操作都具有原子性。类似"a += b"这样的操作不具有原子性，在某些JVM中"a += b"可能要经过这样三个步骤：
①　取出a和b
②　计算a+b
③　将计算结果写入内存

 

(1)Synchronized：保证可见性和原子性
    Synchronized能够实现原子性和可见性；在Java内存模型中，synchronized规定，线程在加锁时，先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁。

(2)Volatile：保证可见性，但不保证操作的原子性
    Volatile实现内存可见性是通过store和load指令完成的；也就是对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store指令，即强迫线程将最新的值刷新到主内存中；而在读操作时，会加入一条load指令，即强迫从主内存中读入变量的值。但volatile不保证volatile变量的原子性，例如：

1. Private int Num=0;
2. Num++;//Num不是原子操作

Num不是原子操作，因为其可以分为：读取Num的值，将Num的值+1，写入最新的Num的值。
    对于Num++;操作，线程1和线程2都执行一次，最后输出Num的值可能是：1或者2
   【解释】输出结果1的解释：当线程1执行Num++;语句时，先是读入Num的值为0，倘若此时让出CPU执行权，线程获得执行，线程2会重新从主内存中，读入Num的值还是0，然后线程2执行+1操作，最后把Num=1刷新到主内存中； 线程2执行完后，线程1由开始执行，但之前已经读取的Num的值0，所以它还是在0的基础上执行+1操作，也就是还是等于1，并刷新到主内存中。所以最终的结果是1

    一般在多线程中使用volatile变量，为了安全，对变量的写入操作不能依赖当前变量的值：如Num++或者Num=Num*5这些操作。

(3)Synchronized和Volatile的比较
    1）Synchronized保证内存可见性和操作的原子性
    2）Volatile只能保证内存可见性
    3）Volatile不需要加锁，比Synchronized更轻量级，并不会阻塞线程（volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。）
    4）volatile标记的变量不会被编译器优化,而synchronized标记的变量可以被编译器优化（如编译器重排序的优化）.
    5）volatile是变量修饰符，仅能用于变量，而synchronized是一个方法或块的修饰符。
      volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的，使用前，需要先从主存中读取，因此可以实现可见性。而对n=n+1,n++等操作时，volatile关键字将失效，不能起到像synchronized一样的线程同步（原子性）的效果。

 

【相关习题】

(1)下列说法不正确的是（）
A.当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到执行。
B.当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。
C.当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问不会被阻塞。
D.当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，它就获得了这个object的对象锁。结果，其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。
答案：C，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将会被阻塞。
(2)下面叙述错误的是：
A.通过synchronized和volatile都可以实现可见性
B.不同线程之间可以直接访问其他线程工作内存中的变量
C.线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行
D.所有的变量都存储在主内存中
答案：B，不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量