synchronized、volatile关键字

Java中的synchronized关键字

synchronized关键字介绍

synchronized块是Java提供的一种原子性内置锁，Java中的每个对象都可以把它当作一个同步锁来使用，这些Java内置的使用者看不到的锁被称为内部锁，也叫作监视器锁。

线程的执行代码在进入synchronized代码块前会自动获取内部锁，这时候其他线程访问该同步代码块时会被阻塞挂起。

拿到内部锁的线程会在正常退出同步代码块或者抛出异常后或者在同步块内调用了该内置锁资源的wait系列方法时释放该内置锁。

内置锁是排它锁，也就是当一个线程获取这个锁后，其他线程必须等待该线程释放锁后才能获取该锁。

另外，由于Java中的线程是与操作系统的原生线程一一对应的，所以当阻塞一个线程时，需要从用户态切换到内核态执行阻塞操作，这是很耗时的操作，而synchronized的使用就会导致上下文切换。

synchronized的内存语义

前面介绍了共享变量内存可见性问题主要是由于线程的工作内存导致的，下面我们来讲解synchronized的一个内存语义，这个内存语义就可以解决共享变量内存可见性问题。

进入synchronized块的内存语义是把在synchronized块内使用到的变量从线程的工作内存中清除，这样在synchronized块内使用到该变量时就不会从线程的工作内存中获取，而是直接从主内存中获取。

退出synchronized块的内存语义是把在synchronized块内对共享变量的修改刷新到主内存。

其实这也是加锁和释放锁的语义，当获取锁后会清空锁块内本地内存中将会被用到的共享变量，在使用这些共享变量时从主内存进行加载，在释放锁时将本地内存中修改的共享变量刷新到主内存。

除可以解决共享变量内存可见性问题外，synchronized经常被用来实现原子性操作。另外请注意，synchronized关键字会引起线程上下文切换并带来线程调度开销。

Java中的volatile关键字

上面介绍了使用锁的方式可以解决共享变量内存可见性问题，但是使用锁太笨重，因为它会带来线程上下文的切换开销。

对于解决内存可见性问题，Java还提供了一种弱形式的同步，也就是使用volatile关键字。

该关键字可以确保对一个变量的更新对其他线程马上可见。

当一个变量被声明为volatile时，线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者其他地方，而是会把值刷新回主内存。

当其他线程读取该共享变量时，会从主内存重新获取最新值，而不是使用当前线程的工作内存中的值。

volatile的内存语义和synchronized有相似之处，具体来说就是，当线程写入了volatile变量值时就等价于线程退出synchronized同步块(把写入工作内存的变量值同步到主内存),读取volatile变量值时就相当于进入同步块(先清空本地内存变量值，再从主内存获取最新值)。

下面看一个使用volatile关键字解决内存可见性问题的例子。

在这里使用synchronized和使用volatile是等价的，都解决了共享变量value的内存可见性问题，但是前者是独占锁，同时只能有一个线程调用get()方法，其他调用线程会被阻塞，同时会存在线程上下文切换和线程重新调度的开销，这也是使用锁方式不好的地方。而后者是非阻塞算法，不会造成线程上下文切换的开销。

但并非在所有情况下使用它们都是等价的，volatile虽然提供了可见性保证，但并不保证操作的原子性。
那么一般在什么时候才使用volatile关键字呢?

• 写入变量值不依赖变量的当前值时。因为如果依赖当前值，将是获取一计算一写入三步操作，这三步操作不是原子性的，而volatile不保证原子性。
• 读写变量值时没有加锁。因为加锁本身已经保证了内存可见性，这时候不需要把变量声明为volatile的。