Java中synchronized与volatile的区别与联系

在Java多线程编程中，synchronized是非常常用的关键字，而volatile关键字比较罕见。

volatile关键字用以避免因缓存(caching)或重排(reordering)而导致当前线程读取过时的数据。任何时候，线程读取的都是主线程内存中的最新数据。

在Java 1.5之前，多线程对volatile变量的访问是无法被重排的，但是对非volatile变量的访问是被重排的。这使得多线程在同时访问volatile变量和非volatile变量时，volatile变量无法被用作多线程的信号条件。因为虽然保证了volatile变量是最新的，但是不能保证非volatile变量是最新的。

从Java 1.5开始，volatile关键字被赋予了新的特性，更加接近synchronized的严格。对volatile变量的读操作就类似于对内存访问的加锁，对volatile变量的写就类似于对内存访问的释放锁。

由于对volatile变量和非volatile变量之间的重排设置了更加严格的限制，虽然volatile变量仍然无法被重排，但是对非volatile变量的重排也不那么容易了，从而使得volatile变量有可能作为信号条件。示例如下：

class VolatileExample {
  int x = 0;
  volatile boolean v = false;
  public void writer() {
    x = 42;
    v = true;
  }

  public void reader() {
    if (v == true) {
      //uses x - guaranteed to see 42.
    }
  }
}

说明：由于在writer()方法中修改volatile变量v的同时，也修改了非volatile变量x，所以在Java 1.5中，对于执行reader()方法的线程来说，volatile变量v和非volatile变量x的最新值都是可见。而在Java 1.5之前，是无法保证非volatile变量x是最新值的。

当然，这也是有条件的，那就是多线程之间设置了准确的happens-before关系，即写入线程与读取线程操作的是同一个volatile变量v，即加的锁（类似锁但实际不是锁）与释放的锁匹配。

synchronized与volatile的主要区别有2点：

首先，从用法上，synchronized往往作用于方法或代码块，而volatile往往修饰变量。

其次，从实现机制上，synchronized是利用锁实现互斥访问。而volatile没有利用锁，而是利用内存共享，即volatile变量只在主线程中有一份，所有其他线程都共享这一份，因而一个线程对内存执行了写操作，所有其他线程立刻就能够读到最新的数据。

synchronized与volatile的对比：

Characteristic	Synchronized	Volatile
Type of variable	Object	Object or primitive
Null allowed?	No	Yes
Can block?	Yes	No
All cached variables synchronized on access?	Yes	From Java 5 onwards
When synchronization happens	When you explicitly enter/exit asynchronized block	Whenever a volatile variable is accessed.
Can be used to combined several operations into an atomic operation?	Yes	Pre-Java 5, no. Atomic get-set of volatiles possible in Java 5.

参考文献：

https://www.cs.umd.edu/users/pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#volatile