Java 线程 — synchronized、volatile、锁

线程同步基础

synchronized 和volatile是Java线程同步的基础。

synchronized

将临界区的内容上锁，同一时刻只有一个进程能访问该临界区代码

使用的是内置锁，锁一个时刻只能被一个线程持有，可以重入（表示一个处于synchronized代码中的线程可以进入另外一个使用synchronized的代码快，比如：方法A和方法B同时使用synchronized修饰，在方法A中调用了方法B，调用某个线程调用方法A的时候不会造成死锁，因为synchronized是可重入的锁，线程在进入方法A的时候获得了当前对象的锁，但是此时这个线程依然可以获得方法B的synchronized锁）

synchronized修饰不同对象时获得的锁：

• 修饰普通方法：获得的锁是当前对象
• 修饰静态方法：获得的锁是当前类class
• 修饰代码块：取决于具体的锁对象

在Java的同步方法中synchronized是比较重量级的锁，而且不够灵活，jvm提供了更轻量的volatile，jdk提供了更灵活的Lock。

volatile

在多处理器的CPU架构下，因为每个处理器都有自己的缓存，线程访问变量的时候会读取缓存，多个线程读取的缓存不一样会导致每个线程得到的值不一样。使用该关键字的效果是：

• 处理器将缓存写回到内存
• 处理器将缓存写回到内存的时候会导致其他处理器的内存失效

作用

• 保证可见性，Java内存模型（JMM）确保所有线程看到的这个变量的值是一致的
• 只保证简单操作的原子性(保证变量简单赋值操作的原子性，如：temp = 1，不保证复杂操作的原子性，如：temp++)

内存语义（就是内存会做的操作）

• 写：当写一个volatile的变量时，JMM把该线程对应的本地缓存中的共享变量刷新到主内存
• 读：当读一个volatile变量时，JMM把该线程对应的本地缓存置为无效，线程接下来将从主存中读取共享变量

问题：上面提到的刷新操作是对这个本地内存刷新，还是只刷新volatile变量？

解答：是刷新整个本地缓存，包括其他共享变量

CAS

CAS：Compare And Switch，在Java中是通过调用C/C++写的本地方法完成的，C又调用了CPU的cmpxchg指令完成的。

一般来说有三个值：内存值V，期望值A，更新值B，如果内存值和期望值相等，则用更新值B替换内存值A，否则什么也不做

锁

什么叫锁：锁其实就是维护一种状态，比如一个int状态值state，state变量对于所有线程可见，线程A将state改为1的时候（假设，当然根据具体的需要可以设为对应的值）表示上锁的状态，线程在试图修改state的时候，发现是1，说明其他线程已经改过，线程B则进入阻塞状态，当线程A释放锁的时候，也就是将state改为0的时候，唤醒线程B，线程B会重新试图获取锁，也就是修改state的值，如果state为0，那么修改成功，线程B获得锁

• 偏向锁：为了让之前获得过该锁的线程更容易获得锁（获得锁的代价更低，不需要CAS加锁和解锁），因为Hotspot的作者研究发现：大多数情况下锁不仅不存在竞争，而且总是由同一线程多次获得

内存语义

• 获取锁：当线程获取锁时，JMM会把线程对应的本地缓存中的共享变量刷新到主存
• 释放锁：当线程释放锁时，JMM会把线程对应的本地缓存置为无效

对比volatile的和锁的内存语义，volatile的写——锁的获取，volatile的读——锁的释放

释放锁的线程在释放锁之前可见的变量，在获取锁的线程获取锁之后也可以看见这些变量，volatile也一样

锁的实现

1. 利用volatile的读-写内存语义
2. 利用CAS（CompareAndSet）附带的volatile读-写内存语义（因为在实现CAS的时候汇编会有一个lock前缀，这个前缀会带来和volatile相同的内存语义）

一些零碎的知识点：

• JVM在类初始化阶段（Class加载后，且被线程使用前），JVM会获取一个锁，这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化

锁参考

CAS参考