內存可見性和原子性：Synchronized和Volatile的比較
- 2020 年 4 月 9 日
- 筆記
Java多線程之內存可見性和原子性：Synchronized和Volatile的比較
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在說明Java多線程內存可見性之前，先來簡單了解一下Java內存模型。
（1）Java所有變量都存儲在主內存中 （2）每個線程都有自己獨立的工作內存，裏面保存該線程的使用到的變量副本（該副本就是主內存中該變量的一份拷貝）
（1）線程對共享變量的所有操作都必須在自己的工作內存中進行，不能直接在主內存中讀寫 （2）不同線程之間無法直接訪問其他線程工作內存中的變量，線程間變量值的傳遞需要通過主內存來完成。 線程1對共享變量的修改，要想被線程2及時看到，必須經過如下2個過程： （1）把工作內存1中更新過的共享變量刷新到主內存中 （2）將主內存中最新的共享變量的值更新到工作內存2中
可見性與原子性
可見性：一個線程對共享變量的修改，更夠及時的被其他線程看到 原子性：即不可再分了，不能分為多步操作。比如賦值或者return。比如"a = 1;"和 "return a;"這樣的操作都具有原子性。類似"a += b"這樣的操作不具有原子性，在某些JVM中"a += b"可能要經過這樣三個步驟： ① 取出a和b ② 計算a+b ③ 將計算結果寫入內存
(1)Synchronized：保證可見性和原子性 Synchronized能夠實現原子性和可見性；在Java內存模型中，synchronized規定，線程在加鎖時，先清空工作內存→在主內存中拷貝最新變量的副本到工作內存→執行完代碼→將更改後的共享變量的值刷新到主內存中→釋放互斥鎖。
(2)Volatile：保證可見性，但不保證操作的原子性 Volatile實現內存可見性是通過store和load指令完成的；也就是對volatile變量執行寫操作時，會在寫操作後加入一條store指令，即強迫線程將最新的值刷新到主內存中；而在讀操作時，會加入一條load指令，即強迫從主內存中讀入變量的值。但volatile不保證volatile變量的原子性，例如：
[java] view plain copy
- Private int Num=0;
- Num++;//Num不是原子操作
Num不是原子操作，因為其可以分為：讀取Num的值，將Num的值+1，寫入最新的Num的值。 對於Num++;操作，線程1和線程2都執行一次，最後輸出Num的值可能是：1或者2 【解釋】輸出結果1的解釋：當線程1執行Num++;語句時，先是讀入Num的值為0，倘若此時讓出CPU執行權，線程獲得執行，線程2會重新從主內存中，讀入Num的值還是0，然後線程2執行+1操作，最後把Num=1刷新到主內存中； 線程2執行完後，線程1由開始執行，但之前已經讀取的Num的值0，所以它還是在0的基礎上執行+1操作，也就是還是等於1，並刷新到主內存中。所以最終的結果是1
一般在多線程中使用volatile變量，為了安全，對變量的寫入操作不能依賴當前變量的值：如Num++或者Num=Num*5這些操作。
(3)Synchronized和Volatile的比較 1）Synchronized保證內存可見性和操作的原子性 2）Volatile只能保證內存可見性 3）Volatile不需要加鎖，比Synchronized更輕量級，並不會阻塞線程（volatile不會造成線程的阻塞；synchronized可能會造成線程的阻塞。） 4）volatile標記的變量不會被編譯器優化,而synchronized標記的變量可以被編譯器優化（如編譯器重排序的優化）. 5）volatile是變量修飾符，僅能用於變量，而synchronized是一個方法或塊的修飾符。 volatile本質是在告訴JVM當前變量在寄存器中的值是不確定的，使用前，需要先從主存中讀取，因此可以實現可見性。而對n=n+1,n++等操作時，volatile關鍵字將失效，不能起到像synchronized一樣的線程同步（原子性）的效果。
【相關習題】
(1)下列說法不正確的是（） A.當兩個並發線程訪問同一個對象object中的這個synchronized(this)同步代碼塊時，一個時間內只能有一個線程得到執行。 B.當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，另一個線程仍然可以訪問該object中的非synchronized(this)同步代碼塊。 C.當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問不會被阻塞。 D.當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，它就獲得了這個object的對象鎖。結果，其它線程對該object對象所有同步代碼部分的訪問都被暫時阻塞。 答案：C，當一個線程訪問object的一個synchronized(this)同步代碼塊時，其他線程對object中所有其它synchronized(this)同步代碼塊的訪問將會被阻塞。 (2)下面敘述錯誤的是： A.通過synchronized和volatile都可以實現可見性 B.不同線程之間可以直接訪問其他線程工作內存中的變量 C.線程對共享變量的所有操作都必須在自己的工作內存中進行 D.所有的變量都存儲在主內存中 答案：B，不同線程之間無法直接訪問其他線程工作內存中的變量
