【Java学习记录】volatile与synchronized

一、首先谈谈JMM内存模型

• JMM内存模型规定了线程的工作机理：即所有的共享变量都存储在主内存，如果线程需要使用，则拿到主内存的副本，然后操作一番，再放到主内存里面

• 提取关键字：JMM内存模型、共享变量、主内存，主内存副本

  • JMM内存模型：JMM决决定一个线程对共享变量的写入何时对对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。这个本地内存并不真实存在，只是JMM的抽象概念。

  • 共享变量：类的成员变量就是共享变量，存在于主内存之中

    public class Test01{
    	//没有加volatile关键字修饰
    	public String share; //成员变量，也是共享变量
    
    	public static void main(String[] args){
    			share = "测试";	
    	}
    }
    

  • 主内存：所有的线程所共享的，主要包括本地方法区（jdk1.8之后被元空间所替代）和堆

    

  • 主内存副本：线程执行读/写共享变量时在本地内存中创建的副本

二、JMM下volatile的作用

上面已经了解了JMM的作用，那么volatile关键字到底起到什么作用呢？

public class Test2{
	//使用volatile保证内存可见性
	public volatile String share;
	public static void main(String[] args){
			share = "测试volatile";
	}
}

• 作用一：保证内存可见性，使用volatile关键字修饰之后，在编译的时候会主动为变量增加标识：ACC_VOLATILE，这样一写多读的场景，可以保证每个线程读到的数据是写入的
• 作用二：禁止指令重排，比如在对使用volatile修饰的变量进行写之前和之后会分别插入一个StoreStore屏障和StoreLoad屏障，这样就可以禁止CPU对指令的重排序越过这些屏障

所以通俗的来说，使用volatile可以保证可见性和有序性，这样能够保证其它内存能拿到最新的变量。但是使用volatile有以下的缺点：

• 缺点一：无法保证原子性，volatile保证的是单个读取操作是具有原子性的,比如:

  int volatile a = 0; //保证了原子性,单次操作
  a += 1； //无法保证原子性，不止一次
  // a += 1
  // a = a+1
  // a = 2
  //总共执行三次操作
  

• 缺点二：使用volatile修饰变量后，对该变量的写操作速度会降低

三、synchronized 的作用

保证内存的原子性，可见性，有序性

• 问题一：如何保证内存的原子性，可见性，有序性？

  答案就是上锁，synchronized可以用于修饰普通方法，静态方法以及以代码块的形成出现。原理就是JVM通过进入、退出对象监视器来实现对方法，同步块的同步。编译之后在同步方法调用之前加入一个monitor.enter指令，在退出方法和异常处插入monitor.exit指令。在这两条指令没有执行完毕前，其他线程都不能进入，形成了排他性，从而保证了原子性，可见性，有序性。

• 问题二：synchronized上的是什么锁？

  锁的类型为对象锁

  类型	代码实例	锁住的对象
  普通方法	synchronized void test()	当前对象
  静态方法	synchronized static void test()	锁的对象是当前类的Class对象
  同步块	void fun(){ synchronized(this)}	锁的是（）中的对象

• 问题三：synchronized锁的几种形式

  • 偏向锁：偏向某一个线程，主要是为了处理同一个线程多次获取同一个锁的情况，比如锁重入或者一个线程频繁操作一个线程安全的容器;但一旦出现线程之间竞争同一个锁，偏向锁就会撤销，升级为轻量级锁

  • 轻量级锁：基于CAS操作，线程使用CAS尝试获取锁失败后，进行一段时间的忙等，也就是自旋操作。尝试一段时间仍无法获取锁才会升级为重量级锁。

  • 重量级锁：基于底层操作系统实现的，每次获取锁失败都会直接让线程挂起，会带来用户态和内核态的切换，性能开销比较大

    打一个比方：大家在排队打饭，你有一个专属通道，叫做帅哥美女专属通道，只有你一个人可以自由的同行，这就叫偏向锁

    突然有一天，我来了，我也自诩帅哥，所以我盯上了你的通道，但是你还在打饭，然后我就抢过去和你一起打饭，但是这样效率比较低，所以阿姨没问我的时候，我就玩会手机等你，这就叫轻量级锁

    突然还有一天，我饿到不行，什么帅哥美女统统滚蛋，就我一个人先打饭，所有阿姨为我服务，给我服务完了再轮到你们，这就叫重量级锁

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