Java并发-volatile和synchronized

volatile

功能

1. 保证多线程的可见性
2. 禁止一部分的重排序。
3. volatile 是轻量级的synchronized
4. 对任意单个的volatile的读/写是原子性的（volatile=1/return volatile），但是复合型操作不支持。(volatile++操作)

特性

对于volatile来说具有以下特性
1.volatile标记的变量在读操作的时候，一定是最新的值。
为什么?
1、lock前缀的支持,volatile规定每次修改操作必须刷新到内存，读操作也要到内存中去取新值。
2、总线的支持，多条总线事务同一时刻同一时刻只有一条能获得访问内存的权限，因此，只要有线程修改了，那么读操作一定取到的是新值。
####内存语意
读：当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变
写：当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内

原理

instance = new Singleton(); // instance是volatile变量
0x01a3de1d: movb $0×0,0×1104800(%esi);0x01a3de24: **lock** addl $0×0,(%esp);

lock前缀的指令在多核处理器下会触发两种操作

1. 将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存。
2. 这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效。

依赖CPU的缓存一致性的支持

volatile规则表

当第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。
当第一个操作是volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。
当第一个操作是volatile写，第二个操作是volatile读时，不能重排

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。
在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障。
在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障。

synchronized

1. 原子性。
2. 由于线程同步，某一时刻，只能一个线程操作共享变量，也就保证了多线程间的可见性

使用

• 普通同步方法:锁是this锁
• 代码块:锁是该对象锁
• 静态同步方法:锁是当前Class对象锁

原理

• 都是使用Monitor(监视器)对象来操作的
  monitorenter在编译时插入到synchronized的开始位置,monitorexit在编译时插入在synchronized的结束位置和者异常结束的位置。
• 任何对象都是锁对象，那么任何对象都与一个monitor相关联，当获取到monitor，该monitor就会处于锁定状态。当指令执行到monitorenter时，就会去尝试获取该monitor的所有权。

原子性

• 通过锁来实现一些列操作的原子性。但是性能差，会造成阻塞，增加性能消耗。
• 通过CAS(compare and swap)来实现，此实现针对于赋值操作。i++，
  • 通过E(期望值,也就是缓存/本地内存/工作内存的副本),V(当前值)来操作。通过E和主内存的值进行比较，如果相等的话，就会将新值赋值给当前值。
  • 问题，会造成ABA的问题，当其他线程将共享变量的值变换为B，然后再该为A，那么该线程去将本地内存的值刷到主内存的时候，将会执行成功。但是结果可能是错的。
• 通过CAS+version的方式来解决ABA的问题。
  • 也就是，共享变量V的值为 1A->2B->3A 那么通过此版本号去控制，就不会巧妙的去除ABA问题。
• 注意，CAS只能处处理一个变量，如果多个可以使用ij = 1a的方式，AtomicReference保证引用对象的原子性。
• CAS 不需要添加锁，但是循环验证会增加CPU的消耗。

核心代码

• CAS实现操作,CASXXXX方法就是CAS操作。Unsafe.class 操作c代码。

    do{
        N = E+1;
    }while(CASXXXX((E,N));

java concurrent包下的atomic类

AtomicInteger  AtomicBoolean...（CAS,会出现BAB的问题）
AtomicStampedReference 解决了CAS的ABA的问题