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synchronized 与 volatile 关键字

1 人参与  2023年04月03日 13:22  分类 : 《随便一记》  评论

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1.前言1.synchronized 关键字1. 互斥2.保证内存可见性3.可重入 2. volatile 关键字1.保证内存可见性2.无法保证原子性 3.synchronized 与 volatile 的区别

1.前言

  synchronized关键字和volatile是大家在Java多线程学习时接触的两个关键字,很多同学可能学习完就忘记了,本文帮助大家回顾以及学习两个关键字的作用,以及说出它们的区别,同时也为了自己学习巩固。

1.synchronized 关键字

1. 互斥

  属于synchronized最关键的特性,可以起到互斥的作用,当某个线程执行到某个对象的synchronized中时,其他线程如果也执行到同一个对象synchronized 时就会进行阻塞等待

进入synchronized 修饰的代码块此时相当于 加锁退出synchronized 修饰的代码块此时相当于 释放锁

其解决的问题是在多线程环境下,多个线程对于同一个变量进行读写操作时可能产生的线程安全问题。
如下图代码:

public class Main {    static int count = 0;    static void add() {        count++;    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        Thread t1 = new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 50000; i++) {                add();            }        });        Thread t2 = new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 50000; i++) {                add();            }        });        t1.start();        t2.start();        t1.join();        t2.join();        System.out.println(count);    }}

按照预期,我们希望count的值应该是100000,当执行后输出的答案却是:
在这里插入图片描述
无论多次执行多少次,答案总是与预期相差甚远。这是最简单的多线程安全问题。因为count++这个操作,需要先将count从主内存读入到工作内存,然后增值,再将更改后的值写回主内存,这一系列操作必须保证原子性,而在多线程环境下是无法保证的,所以我们需要加上synchronized进行上锁,以此保证自增这个操作的原子性。
只需更改add方法如下:

 synchronized static void add() {        count++;    }

再次运行后答案与预期相符合:
在这里插入图片描述
需要注意一点,synchronized修饰方法时如果是静态方法,则加的是该类对象的锁,如果是成员方法,则加的是对象锁。

2.保证内存可见性

从上面也可以看出synchronized的工作过程:

1.获得互斥锁2.从主内存拷贝变量的最新副本到工作内存3.执行代码4.讲更改后的共享变量的值更新回工作内存5.释放互斥锁

这样的工作流程,是一定可以保证内存可见性的。当然有的同学并不了解什么是内存可见性,下文讲volatile时我们稍微讲一下,因为它也能保证内存可见性。

3.可重入

synchronized同步块,对于同一条线程来说是可重入的,不会出现将自身锁死的情况。

当然大家可能对 自身锁死 这个情况不太理解,我们举例一个代码:

public class Main {    //锁对象    public static Object lock = new Object();    public static void main(String[] args) {        //一次加锁        synchronized (lock) {            //二次加锁            synchronized (lock) {                System.out.println("正确输出");            }        }    }}

当线程在一次加锁时,会成功加锁,当第二次加锁时,此时lock已被上锁,于是该线程进行阻塞等待,但其实这个锁是被它自己拿着的,它又不进行释放锁操作,于是将自己锁死。这样的锁称之为 不可重入锁

当我们Java中的synchronized是可重入锁,不会出现上面的问题,它可以正确打印:
在这里插入图片描述
如果对上述代码还不够理解,可以再看一个二次加锁的例子:

public class Main {    public int count = 0;    synchronized void increase() {        count++;    }    synchronized void increase2() {        increase();    }}

在上诉代码中:

increaseincrease2两个方法都加了synchronized ,而且它们的锁对象都是针对当前对象加锁的。在调用increase2时,会先给该对象上锁,执行调用increase时,会二次上锁(此时上个锁还未释放),这是没问题的,因为synchronized可重入锁

那是否真的上了两把锁呢?
其实并非如此,在可重入锁的内部,包含了 线程持有者计数器 两个信息。

如果某个线程加锁时,发现锁已被占用,但又发现占用的恰好是自己时,那么然后可以获取到这个锁,并让计数器自增解锁时首先会让计数器自减,但只有真正自减到0时,我们才会真正意义上的将该锁释放,以供其他线程获取到。

2. volatile 关键字

相对于 synchronized来说,大家可能对volatile会比较陌生,我们来看看其有哪些作用。

1.保证内存可见性

在这里插入图片描述
简单来说,线程在工作时,会去主内存中读取数据到工作内存中,然后从工作内存读取数据。但是,线程从工作内存读取数据的速度,要远远的大于从主内存读取数据。

当一个线程大量地从主内存请求同一个变量的值时,它会发现这个值一直没变,此时jvm会 “自作主张” 的进行优化,直接从工作内存读取之前读到的值。这就会导致一个问题,其他线程对这个共享变量值进行修改,这个线程不能及时地被看到,也就读到了一个错误的值。

比如如下代码:

public class Main{    static int isQuit = 0;    public static void main(String[] args) {        Thread t = new Thread(() -> {            while (isQuit == 0) {            }            System.out.println("t线程执行结束");        });        t.start();        Scanner sc = new Scanner(System.in);        isQuit = sc.nextInt();        System.out.println("main线程执行结束");    }}

执行以后随便输入一个非零整数:
在这里插入图片描述
发现t线程仍然在进行,而main线程已经结束,但按照逻辑其实此时isQuit值被修改为非零,t线程也应该结束。这就是由于内存可见性产生的问题,main线程修改了isQuit的值t线程并不能及时的接收到。

解决的方法也很简单,只需要给isQuit加上volatile关键字,这样每次t线程都会强制去主内存中读取isQuit的值,从而保证了内存可见性。

2.无法保证原子性

  volatile相较于synchronized来说,主要在于其无法保证原子性,也就是对于下面这个程序,即使给count加上volatile,我们也无法让count的值为100000

public class Main {    static int count = 0;    static void add() {        count++;    }    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        Thread t1 = new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 50000; i++) {                add();            }        });        Thread t2 = new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 50000; i++) {                add();            }        });        t1.start();        t2.start();        t1.join();        t2.join();        System.out.println(count);    }}

3.synchronized 与 volatile 的区别

  根据上面的总结,我们可知:synchronized既可以保证原子性还可以保证内存可见性,而volatile只能保证内存可见性。那有的人是不是肯定想,那我们无脑使用synchronized不就好了吗?
  那肯定不对,synchronized会进行加锁,使得效率大大的较低,而volatile却不会影响效率,所以只有必须要保证原子性的操作,我们才选择synchronized进行加锁。


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