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既生Synchronized,何生Volatile?!

既生Synchronized,何生Volatile?!

在我的博客和公众号中,发表过很多篇关于并发编程的文章,之前的文章中我们介绍过了两个在Java并发编程中比较重要的两个关键字:synchronized和volatile

我们简单回顾一下相关内容:

1、Java语言为了解决并发编程中存在的原子性、可见性和有序性问题,提供了一系列和并发处理相关的关键字,比如synchronized、volatile、final、concurren包等。

2、synchronized通过加锁的方式,使得其在需要原子性、可见性和有序性这三种特性的时候都可以作为其中一种解决方案,看起来是“万能”的。的确,大部分并发控制操作都能使用synchronized来完成。

3、volatile通过在volatile变量的操作前后插入内存屏障的方式,保证了变量在并发场景下的可见性和有序性。

4、volatile关键字是无法保证原子性的,而synchronized通过monyabo10.com亚博体育orenter和monyabo10.com亚博体育orexit两个指令,可以保证被synchronized修饰的代码在同一时间只能被一个线程访问,即可保证不会出现CPU时间片在多个线程间切换,即可保证原子性。

那么,我们知道,synchronized和volatile两个关键字是Java并发编程中经常用到的两个关键字,而且,通过前面的回顾,我们知道synchronized可以保证并发编程中不会出现原子性、可见性和有序性问题,而volatile只能保证可见性和有序性,那么,既生synchronized、何生volatile?

接下来,本文就来论述一下,为什么Java中已经有了synchronized关键字,还要提供volatile关键字。

1.synchronized的问题

我们都知道synchronized其实是一种加锁机制,那么既然是锁,天然就具备以下几个缺点:

1、有性能损耗

虽然在JDK 1.6中对synchronized做了很多优化,如如适应性自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁和偏向锁等(深入理解多线程(五)—— Java虚拟机的锁优化技术),但是他毕竟还是一种锁。

以上这几种优化,都是尽量想办法避免对Monitor(深入理解多线程(四)—— Moniter的实现原理)进行加锁,但是,并不是所有情况都可以优化的,况且就算是经过优化,优化的过程也是有一定的耗时的。

所以,无论是使用同步方法还是同步代码块,在同步操作之前还是要进行加锁,同步操作之后需要进行解锁,这个加锁、解锁的过程是要有性能损耗的。

关于二者的性能对比,由于虚拟机对锁实行的许多消除和优化,使得我们很难量化这两者之间的性能差距,但是我们可以确定的一个基本原则是:volatile变量的读操作的性能小号普通变量几乎无差别,但是写操作由于需要插入内存屏障所以会慢一些,即便如此,volatile在大多数场景下也比锁的开销要低。

2、产生阻塞

我们在深入理解多线程(一)——Synchronized的实现原理中介绍过关于synchronize的实现原理,无论是同步方法还是同步代码块,无论是ACC_SYNCHRONIZED还是monitorenter、monitorexit都是基于Monitor实现的。

基于Monitor对象,当多个线程同时访问一段同步代码时,首先会进入Entry Set,当有一个线程获取到对象的锁之后,才能进行The Owner区域,其他线程还会继续在Entry Set等待。并且当某个线程调用了wait方法后,会释放锁并进入Wait Set等待。

既生Synchronized,何生Volatile?!

所以,synchronize实现的锁本质上是一种阻塞锁,也就是说多个线程要排队访问同一个共享对象。

而volatile是Java虚拟机提供的一种轻量级同步机制,他是基于内存屏障实现的。说到底,他并不是锁,所以他不会有synchronized带来的阻塞和性能损耗的问题。

2.volatile的附加功能

除了前面我们提到的volatile比synchronized性能好以外,volatile其实还有一个很好的附加功能,那就是禁止指令重排。

我们先来举一个例子,看一下如果只使用synchronized而不使用volatile会发生什么问题,就拿我们比较熟悉的单例模式来看。

我们通过双重校验锁的方式实现一个单例,这里不使用volatile关键字:

public?class?Singleton?{???

???????private?static?Singleton?singleton;???

????????private?Singleton?(){}???

????????public?static?Singleton?getSingleton()?{???

????????if?(singleton?==?null)?{???

????????????synchronized?(Singleton.class)?{???

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