并发编程中的Volatile与synchronized

超、凢脫俗 2022-06-12 04:20 234阅读 0赞

## 一、引言 ##

在多线程并发编程中synchronized和Volatile都扮演着重要的角色，Volatile是轻量级的synchronized ，它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性”。可见性的意思是当一个线程修改一个共享变量时，另外一个线程能读到这个修改的值。与 `synchronized` 块相比，volatile 变量所需的编码较少，不会引起线程上下文的切换和调度且运行时开销也较少，但是它所能实现的功能也仅是 `synchronized` 的一部分。

## 二、实现原理 ##

1、volatile

volatile内存模型

![Center][]

那么Volatile是如何来保证可见性的呢？在x86处理器下通过工具获取JIT编译器生成的汇编指令来看看对Volatile进行写操作CPU会做什么事情。  
Java代码：

instance = new Singleton();//instance是volatile变量

汇编代码：  
0x01a3de1d: movb $0x0,0x1104800(%esi);  
0x01a3de24: lock addl $0x0,(%esp);  
  
有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候会多第二行汇编代码，lock前缀的指令在多核处理器下会引发如下逻辑：

a、将当前处理器缓存行的数据会写回到系统内存。这个写回内存的操作会引起在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。处理器为了提高处理速度，不直接和内存进行通讯，而是先将系统内存的数据读到内部缓存（L1,L2或其他）后再进行操作，但操作完之后不知道何时会写到内存，如果对声明了Volatile变量进行写操作，JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令，将这个变量所在缓存行的数据写回到系统内存。但是就算写回到内存，如果其他处理器缓存的值还是旧的，再执行计算操作就会有问题，所以在多处理器下，为了保证各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器要对这个数据进行修改操作的时候，会强制重新从系统内存里把数据读到处理器缓存里。

b、一个处理器的缓存回写到内存会导致其他处理器的缓存无效。在多核处理器系统中进行操作的时候，IA-32 和Intel 64处理器能嗅探其他处理器访问系统内存和它们的内部缓存。它们使用嗅探技术保证它的内部缓存，系统内存和其他处理器的缓存的数据在总线上保持一致。例如在Pentium和P6 family处理器中，如果通过嗅探一个处理器来检测其他处理器打算写内存地址，而这个地址当前处理共享状态，那么正在嗅探的处理器将无效它的缓存行，在下次访问相同内存地址时，强制执行缓存行填充。

2、synchronized

synchronized 锁的范围是整个对象。如果一个类中有多个synchronized修饰的同步方法，且多个线程持有该类的同一个对象（该类的相同的对象），尽管它们调用不同的方法，各个方法的执行也是同步的。如果各个同步的方法之间没有共享变量，或者说各个方法之间没有联系，但也只能同步执行，这会影响效率。

## 三、volatile与synchronized区别 ##

volatile主要用在多个线程感知实例变量被更改了场合，从而使得各个线程获得最新的值。它强制线程每次从主内存中讲到变量，而不是从线程的私有内存中读取变量，从而保证了数据的可见性。  
比较：  
a、volatile轻量级，只能修饰变量。synchronized重量级，还可修饰方法  
b、volatile只能保证数据的可见性，不能用来同步，因为多个线程并发访问volatile修饰的变量不会阻塞。  
synchronized不仅保证可见性，而且还保证原子性，因为，只有获得了锁的线程才能进入临界区，从而保证临界区中的所有语句都全部执行。多个线程争抢synchronized锁对象时，会出现阻塞。

[Center]: /images/20220612/5420a7b90695403697bca6dea52af1ad.png