作者： 一字馬胡
轉載標志 【2017-11-03】
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| 2017-11-03 | 添加轉載標志 | 持續更新 |
在進行java并發編程時，volatile和synchronized的使用是相當廣泛的，為了安全的進行并發編程，學習和使用volatile和synchronized也是相當有必要的。
一、volatile
在java語言中，使用多個線程來訪問共享變量是一種常見的并發場景，這就使得多個線程可能同時修改共享變量，那么限制多個線程排他的訪問共享變量就變得非常有必要了。java提供了多種方式來達到限制多線程排他的訪問共享變量的方法，但是代價也是不同的。使用volatile是一種非常輕量級的方式。如果一個變量被聲明為volatile，那么jvm將保證所有線程看到的都是同一個共享變量。為什么不同線程看到的變量可能不一樣呢？因為為了提高處理速度，cpu不直接和內存交互，而是首先將內存讀取到內部緩存（L1,L2等）中，然后cpu就直接和內部緩存通信來提高處理速度。對于具有多個cpu的機器來說，不同的線程可能都在訪問某個共享變量，而不同的線程運行在不同的cpu里面，所以同一個變量可能被緩存在多個cpu內部緩存里面，如果沒有volatile來保證共享變量對于多線程是一致的話，就可能發生多個線程訪問到的共享變量具備不同的值，因為我們不知道cpu會在什么時候將緩存的值寫回到內存中去。
在實現上，如果對被volatile修飾的共享變量執行寫操作的話，JVM就會向cpu發送一條Lock前綴的指令，cpu將會這個變量所在的緩存行（緩存中可以分配的最小緩存單位）寫回到內存中去。但是在多處理器的情況下，將某個cpu上的緩存行寫回到系統內存之后，其他cpu上該變量的緩存還是舊的，這樣再進行后面的操作的時候就會出現問題，所以為了使得所有線程看到的內容都是一致的，就需要實現緩存一致性協議，cpu將會通過監控總線上傳遞過來的數據來判斷自己的緩存是否過期，如果過期，就需要使得緩存失效，如果cpu再來訪問該緩存的時候，就會發現緩存失效了，這時候就會重新從內存加載緩存。
總結一下，volatile的實現原則有兩條：
1、JVM的Lock前綴的指令將使得cpu緩存寫回到系統內存中去
2、為了保證緩存一致性原則，在多cpu的情景下，一個cpu的緩存回寫內存會導致其他的
cpu上的緩存都失效，再次訪問會重新從系統內存加載新的緩存內容。
二、synchronized
相對于volatile，synchronized就顯得比較重量級了。
首先，我們應該知道，在java中，所有的對象都可以作為鎖。可以分為下面三種情況：
1、普通方法同步，鎖是當前對象
2、靜態方法同步，鎖是當前類的Class對象
3、普通塊同步，鎖是synchronize里面配置的對象
當一個線程試圖訪問同步代碼時，必須要先獲得鎖，退出或者拋出異常時必須要釋放鎖。
JVM基于進入和退出Monitor對象來實現方法同步和代碼塊同步，可以使用monitorenter和monitorexit指令實現。monitorenter指令是在編譯后插入到同步代碼塊的開始位置，而monitorexit指令則插入到方法結束和異常處，JVM保證每個monitorenter都有一個monitorexit閾值相對應。線程執行到monitorenter的時候，會嘗試獲得對象所對應的monitor的鎖，然后才能獲得訪問權限，synchronize使用的鎖保存在Java對象頭中。
