引言

    在研究并發(fā)程序時(shí)，我們可能都知道volatile和synchronized是用于多線程中，用于線程安全和變量可見性的，但是具體兩者怎么使用，有何區(qū)別可能還是稀里糊涂一知半解，在此就自己簡單的理解總結(jié)一下二者的區(qū)別，和大家一塊兒學(xué)習(xí)！我們需要了解java中關(guān)鍵字volatile和synchronized關(guān)鍵字的使用以及l(fā)ock類的用法。

    首先，了解下java的內(nèi)存模型：

java的線程內(nèi)存模型中定義了每個(gè)線程都有一份自己的共享變量副本（本地內(nèi)存），里面存放自己私有的數(shù)據(jù)，其他線程不能直接訪問，而一些共享變量則存在主內(nèi)存中，供所有線程訪問。
上圖中，如果線程A和線程B要進(jìn)行通信，就要經(jīng)過主內(nèi)存，比如線程B要獲取線程A修改后的共享變量的值，要經(jīng)過下面兩步：
 （1）、線程A修改自己的共享變量副本，并刷新到了主內(nèi)存中。 
 （2）、線程B讀取主內(nèi)存中被A更新過的共享變量的值，同步到自己的共享變量副本中。
總結(jié)：在java內(nèi)存模型中，共享變量存放在主內(nèi)存中，每個(gè)線程都有自己的本地內(nèi)存，當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，可能本地內(nèi)存沒有及時(shí)刷新到主內(nèi)存，所以就會(huì)發(fā)生線程安全問題。

java多線程中的三個(gè)特性：

• 　　原子性：即一個(gè)操作或者多個(gè)操作 要么全部執(zhí)行并且執(zhí)行的過程不會(huì)被任何因素打斷，要么就都不執(zhí)行。一個(gè)很經(jīng)典的例子就是銀行賬戶轉(zhuǎn)賬問題：比如從賬戶A向賬戶B轉(zhuǎn)1000元，那么必然包括2個(gè)操作：從賬戶A減去1000元，往賬戶B加上1000元。這2個(gè)操作必須要具備原子性才能保證不出現(xiàn)一些意外的問題。
• 　　可見性：當(dāng)多個(gè)線程訪問同一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線程修改了這個(gè)變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。
• 　　有序性：就是程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。一般來說處理器為了提高程序運(yùn)行效率，可能會(huì)對輸入代碼進(jìn)行優(yōu)化，它不保證程序中各個(gè)語句的執(zhí)行先后順序同代碼中的順序一致，但是它會(huì)保證程序最終執(zhí)行結(jié)果和代碼順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的。如下：

int a = 20; //語句1
int r = 3; //語句2
a = a + 5; //語句3
r = a*a; //語句4

因?yàn)橹嘏判?，他的?zhí)行順序還可能為 2 -1 - 3 - 4，1 - 3 - 2 - 4。但絕不可能 2 -1 - 4 - 3，因?yàn)檫@打破了依賴關(guān)系。顯然重排序?qū)尉€程運(yùn)行是不會(huì)有任何問題，而多線程就不一定了，所以我們在多線程編程時(shí)就得考慮這個(gè)問題了。

Volatile關(guān)鍵字的作用：

其實(shí)volatile關(guān)鍵字的作用就是保證了可見性和有序性（不保證原子性），如果一個(gè)共享變量被volatile關(guān)鍵字修飾，那么如果一個(gè)線程修改了這個(gè)共享變量后，其他線程是立馬可知的。如果線程A修改了自己的共享變量副本，這時(shí)如果該共享變量沒有被volatile修飾，那么本次修改不一定會(huì)馬上將修改結(jié)果刷新到主存中，如果此時(shí)B去主存中讀取共享變量的值，那么這個(gè)值就是沒有被A修改之前的值。如果該共享變量被volatile修飾了，那么本次修改結(jié)果會(huì)強(qiáng)制立刻刷新到主存中，如果此時(shí)B去主存中讀取共享變量的值，那么這個(gè)值就是被A修改之后的值了。
　　volatile禁止指令重排序優(yōu)化，在指令重排序優(yōu)化時(shí)，在volatile變量之前的指令不能在volatile之后執(zhí)行，在volatile之后的指令也不能在volatile之前執(zhí)行，所以它保證了有序性。
　　volatile 的讀性能消耗與普通變量幾乎相同，但是寫操作稍慢，因?yàn)樗枰诒镜卮a中插入許多內(nèi)存屏障指令（是一種CPU指令，用于控制特定條件下的重排序和內(nèi)存可見性問題。Java編譯器也會(huì)根據(jù)內(nèi)存屏障的規(guī)則禁止重排序。）來保證處理器不發(fā)生亂序執(zhí)行。

Synchronized關(guān)鍵字的作用：

synchronized提供了同步鎖的概念，被synchronized修飾的代碼段可以防止被多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，必須一個(gè)線程把synchronized修飾的代碼段都執(zhí)行完畢了，其他的線程才能開始執(zhí)行這段代碼。 因?yàn)閟ynchronized保證了在同一時(shí)刻，只能有一個(gè)線程執(zhí)行同步代碼塊，所以執(zhí)行同步代碼塊的時(shí)候相當(dāng)于是單線程操作了，那么線程的可見性、原子性、有序性（線程之間的執(zhí)行順序）它都能保證了。synchronized并沒有禁止重排序，但是synchronized相當(dāng)于是一個(gè)單線程了，所以有沒有重排序?qū)Τ绦蚨际菦]有影響的。

Volatile和synchronized的區(qū)別：　

　?。?）、volatile只能作用于變量，使用范圍較小。synchronized可以用在變量、方法、類、同步代碼塊等，使用范圍比較廣。
　?。?）、volatile只能保證可見性和有序性，不能保證原子性。而可見性、有序性、原子性synchronized都可以包證。
　?。?）、volatile不會(huì)造成線程阻塞。synchronized可能會(huì)造成線程阻塞。
　?。?）、在性能方面synchronized關(guān)鍵字是防止多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行一段代碼，就會(huì)影響程序執(zhí)行效率，而volatile關(guān)鍵字在某些情況下性能要優(yōu)于synchronized。

什么是重排序：

　　重排序是指編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對指令序列進(jìn)行重新排序的一種手段。但是重排序可以保證最終執(zhí)行的結(jié)果是與程序順序執(zhí)行的結(jié)果一致，并且只會(huì)對不存在數(shù)據(jù)依賴性的指令進(jìn)行重排序，這個(gè)重排序在單線程下對最終執(zhí)行結(jié)果是沒有影響的，但是在多線程下就會(huì)存在問題。

可以看一個(gè)例子:　

class TestExample {
  int a = 0;
  boolean flag = false;
 
 // 寫入的線程
 public void writer() {
  a = 1; // 1
  flag = true; // 2
 
 } //讀取的線程
public void reader() {
 if (flag) { // 3
 int i = a * a; // 4 
 }}}

如上面代碼，如果兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行在沒有發(fā)生重排序的時(shí)候int i =1，如果發(fā)生了重排序那么1,2的位置因?yàn)椴淮嬖跀?shù)據(jù)依賴可以會(huì)發(fā)生位置的互換。那么這時(shí)候int i =0;當(dāng)然這個(gè)在單線程是沒有問題的。只有在多線程才會(huì)發(fā)生這種情況

 volatile int a = 0;
 volatile boolean flag = false;

我們只需要加上volatile關(guān)鍵字也是可以避免這種問題的，volatile是禁止重排序的。

什么是數(shù)據(jù)依賴？

 int a = 1;(1)
 int b = 2;(2)
 int c= a + b;(3)

這里面第三步就存在數(shù)據(jù)依賴 (依賴a和b的值)。編譯器和處理器在重排序時(shí)，會(huì)遵守?cái)?shù)據(jù)依賴性，編譯器和處理器不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序。所以這里面無論步驟（1）（2）有沒有發(fā)生重排序，步驟（3）都是在他們之后執(zhí)行。這里所說的數(shù)據(jù)依賴性僅針對單個(gè)處理器中執(zhí)行的指令序列和單個(gè)線程中執(zhí)行的操作，不同處理器之間和不同線程之間的數(shù)據(jù)依賴性不被編譯器和處理器考慮。

以上就是java Volatile與Synchronized的區(qū)別的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于java Volatile與Synchronized區(qū)別的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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