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Java多线程之同步与易失性

在学习多线程编程时，同步和易失性是两个关键概念。前篇已经探讨了同步的骚操作，本篇将深入分析同步状语从句，了解其与易失性之间的区别，易失性的使用条件，以及虚拟机层面的一些实现细节。

本文要点

1. 同步与易失性特性差异

1.1 可见性和原子性

• synchronized保证了可见性和原子性。
• volatile仅保证可见性，不具备原子性。
• 可见性是指，一个线程修改了被volatile修饰的变量后，其他线程可以立即发现新值。

1.2 线程阻塞

• synchronized可能会导致线程阻塞，因为它争夺资源时会让其他线程等待。
• volatile不会引起阻塞，因为它不会影响线程的执行流程。

1.3 依赖性与安全性

• 当共享数据的改变依赖于其之前的值时，synchronized能保证线程安全，而volatile不适用于这种场景。
• volatile主要用于标记完成或中断等场景，例如资源是否被释放或信号是否正确传递。

1.4 修饰方式与重排序

• synchronized修饰的是方法或代码块，而volatile修饰的是变量。
• 被volatile修饰的变量不会被重排序，减少了同步有关的复杂性。

1.5 虚拟机的规则

• 从虚拟机的规则来看，volatile变量的写操作总是比后续的读操作先发生。这体现了内存的一致性模型。

2. 使用易失性需要满足的条件

2.1 单一修改-authority

• 变量的修改不能依赖其当前值，并且只能有单一线程能够执行修改操作。

2.2 不变约束

• 变量不需要与其他变量完成不变式约束。例如，不需要保证 x + y = k 总是成立，除非这是非多线程环境下的绝对需求。

2.3 无需额外锁定

• 使用volatile时不需要额外的锁定机制，因为它不需要保护代码块的可执行性。

3. 易失性特性在虚拟机层面的实现

虚拟机通过以下机制确保易失性变量的一致性：

• 当一个线程修改了被volatile修饰的变量时，其修改操作会立即反映到主内存中。
• 其他线程在访问该变量时，会直接从主内存中读取当前值，而不是从工作内存中缓存副本。
• 正常变量的读写操作可能因工作内存的缓存而遮蔽，容易导致多线程环境下的一致性问题。

4. 易失性示例代码

4.1 共享变量作为开关

以下示例代码展示了volatile变量作为开关的应用：

public class ValiableTest {    public static void main(String[] args) {        boolean isRunning = false;        Thread t1 = new Thread(() -> {            while (isRunning) {                System.out.println("运行中......");                try {                    Thread.sleep(100);                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        });                new Thread(() -> {            isRunning = false;            System.out.println("下面终止运行");        }).start();                t1.start();    }}

• 无volatile修饰：如果不使用volatile，isRunning变量在多线程环境下可能不会更新，导致程序无法正常终止。
• 使用volatile修饰：若isRunning被volatile修饰，主线程的修改会及时反映到其他线程，程序才能正常终止。

总结

通过对比synchronized和volatile的特性，我们可以更好地理解它们各自适用的场景。synchronized更适合保护共享资源的原子性操作，而volatile则用以处理快速变更的状态标记，如资源释放或信号传递。在实际编码中，应该根据具体需求选择合适的机制。

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