淺談synchronized 和 volatitle 實(shí)現(xiàn)線程安全的策略
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什么是線程不安全
對線程安全的理解就是多個(gè)線程同時(shí)操作一個(gè)共享變量時(shí)會產(chǎn)生意料之外的情況，這種情況就是線程不安全。注意：只有寫操作才可能出現(xiàn)線程不安全，對共享變量只進(jìn)行讀操作線程是絕對安全的。
具體線程不安全的例子有一個(gè)很經(jīng)典的就是兩個(gè)線程都對一個(gè)共享變量 x=0 執(zhí)行 100 次自增操作，但是 x 的結(jié)果并非 200
因此線程不安全的條件是：多線程 + 共享變量 + 寫操作
Java的內(nèi)存模型
你可能會好奇線程是如何獲取共享變量的？
Java 線程之間的通信由 Java 內(nèi)存模型（簡稱 JMM）控制，從抽象的角度來說，JMM 定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系。JMM 的抽象示意圖如圖所示：
從圖中可以看到：
共享變量存在于主內(nèi)存中，也就是堆內(nèi)存
每一個(gè)線程都保存了一份該線程使用到的共享變量的副本
線程讀取共享變量優(yōu)先從本地內(nèi)存(也就是棧內(nèi)存)中讀取，寫共享變量先寫到棧內(nèi)存，再寫入堆內(nèi)存
線程之間對共享變量的通信只能通過堆內(nèi)存
以上只是 Java 內(nèi)存模型的抽象圖，實(shí)際上線程的工作模型是這樣的，棧內(nèi)存即是兩個(gè)緩沖區(qū)
接下來看一個(gè)線程不安全的例子：
假設(shè)線程 A、B 操作同一個(gè)共享變量 X，初始兩級 Cache 都為空
線程A想要讀取X的值，由于兩級 Cache 都沒有命中，因此加載堆內(nèi)存中的 X=0，并緩存到兩個(gè) Cache 中
線程 A 修改 X 的值為 1，為為兩個(gè) Cache 刷新 X，再刷新到堆內(nèi)存
線程 B 想要獲取 X 的值，一級緩存沒有獲取到，二級緩存命中，讀取到 X=1
線程B想要修改X的值為 2，先刷新自，己的一級緩存為 2，再刷新二級緩存和堆內(nèi)存中的 X 為 2。目前為止一切正常，接下來重點(diǎn)來了
線程 A 想要讀取 X 的值，一級緩存命中此時(shí) X=1，但是堆內(nèi)存中的 X=2?？梢钥吹骄€程B寫入的共享變量對 X 不可見，出現(xiàn)了線程不安全的情況。
由于 Java 內(nèi)存機(jī)制就是這樣設(shè)計(jì)的，因此多個(gè)線程操作同一個(gè)變量會產(chǎn)生不安全的問題，volatitle 關(guān)鍵字這是被設(shè)計(jì)出來解決這一問題的，它只能用于單個(gè)變量。
volatile解決共享變量線程不安全的策略
還是接著上面這個(gè)例子，這樣定義 X
volatle int X=0volatile 的內(nèi)存語義是：
當(dāng)一個(gè)線程對 volatile 修飾的變量進(jìn)行寫操作時(shí)，JMM 會立即將該線程對應(yīng)的棧內(nèi)存中的副本的值刷新到堆內(nèi)存中；當(dāng)一個(gè)線程對 volatile 修飾的變量進(jìn)行讀時(shí)，JMM 會清空此變量的一二級緩存，直接從堆內(nèi)存中讀取共享變量的值。
volatile 可以當(dāng)作一個(gè)輕量級的鎖來使用，但 volatile 僅僅只能保證共享變量內(nèi)存的可見性，不能保證操作共享變量的原子性，而鎖（如 synchronized）能保證整段鎖范圍內(nèi)的代碼具有原子性。
synchronized 與鎖
首先要明確的是 synchronized 不是鎖，鎖都是基于對象的( Object 的子類)，Java 中的每一個(gè)對象都可以作為一個(gè)鎖。
synchronized 是 Java 的一個(gè)關(guān)鍵字，保證臨界區(qū)內(nèi)的代碼同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行。
線程的執(zhí)行代碼在進(jìn)入 synchronized 代碼塊前會自動獲取內(nèi)部鎖，這時(shí)候其他線程訪問該同步代碼塊時(shí)會被阻塞掛起。拿到內(nèi)部鎖的線程會在正常退出同步代碼塊或者拋出異常后或者在同步塊內(nèi)調(diào)用了該內(nèi)置鎖資源的wait系列方法時(shí)釋放該內(nèi)置鎖。內(nèi)置鎖是排它鎖，也就是當(dāng)一個(gè)線程獲取這個(gè)鎖后，其他線程必須等待該線程釋放鎖后才能獲取該鎖。
sysnchronized的內(nèi)部鎖可以是：
當(dāng)前類的 class 字節(jié)碼對象：this.getClass
當(dāng)前類的一個(gè)實(shí)例：this
一個(gè) Object 對象
wait 和 notify 方法只能用于 synchronized 同步代碼塊內(nèi)
synchronized 的內(nèi)存語義
與 volatile 不同
進(jìn)入 synchronized 塊的內(nèi)存語義是把再 synchronized 塊內(nèi)使用到的所有共享變量從棧內(nèi)存中清空，這樣就只能從堆內(nèi)存只讀取，保證了內(nèi)存可見性。退出 synchronized 塊的內(nèi)存語義是把 synchronized 塊內(nèi)對共享變量的修改刷新到堆內(nèi)存。
仔細(xì)想想，這其實(shí)也是一個(gè)加鎖和解鎖的過程，保證共享變量修改的可見性。
總結(jié)
volatile 僅能保證單個(gè)共享變量內(nèi)存的可見性，不能保證原子性。而 synchronized 既可保證同步塊內(nèi)所有共享變量的內(nèi)存可見性，又能保證其操作的原子性。
volatile 是一個(gè)輕量級的保證內(nèi)存可見性的關(guān)鍵字，實(shí)際上并沒有加鎖。因此它的性能很高。
synchronized 是一個(gè)重量級的鎖，可以用在代碼塊、普通方法以及靜態(tài)方法上。用在代碼塊時(shí)鎖就是 synchronized(~) 內(nèi)的對象，用在普通方法時(shí)鎖就是this,用在靜態(tài)方法時(shí)鎖就是 this.getClass()
synchronized 保證同步塊內(nèi)代碼的原子性，因?yàn)橐M(jìn)行線程上下文切換，性能較低。不過優(yōu)化過后性能也還可以。
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