Synchronized之原子性、可见性、有序性

Synchronized与原子性

原子性是指一个操作是不可中断的，要全部执行完成，要不都不执行。

在Java中为了保证原子性，提供了两个高级的字节码指令moniterenter和moniterexit。这两个码指令，在Java对应的关键字是Synchronized。

线程1在执行moniterenter指令的时候，会对Monitor进行加锁，加锁后其它线程无法获得锁，除非线程1主动解锁。即使在执行过程中，由于某种原因，比如CPU时间片用完，线程1放弃了CPU，但是，他并没有进行解锁。而由于Synchronized的锁是可重入的，下一个时间片还是只能被他自己获取到，还是会继续执行代码，直到所有代码执行完，这就保证了原子性。

Synchronized与可见性

可见性是指多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其它线程能够立即看到修改的值。

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每条线程还有自己的工作内存，线程的工作内存保存了该线程需用变量主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存。不同的线程之间不能互相访问对方的工作内存中的变量，线程变量的传递均需要自己的工作内存和主内存之间进行数据同步。就有可能出线线程1改变了某个变量的值，但是线程2不可见的情况。

被Synchronized修饰的代码，在开始执行时人加锁，执行完成后会进行解锁。而为了保证可见性，有一条规则是这样的：对一个变量解锁之前，必须先把此变量同步回主存中。这样解锁后，线程就可以访问到被修改后的值。

所以Synchronized锁住的对象，其值具有可见性。

Synchronized与有序性

有序性即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

这里需要注意的是，synchronized是无法禁止指令重排和处理器优化的。也就是说，synchronized无法避免上述提到的问题。 那么，为什么还说synchronized也提供了有序性保证呢？ 这就要再把有序性的概念扩展一下了。Java程序中天然的有序性可以总结为一句话：如果在本线程内观察，所有操作都是天然有序的。如果在一个线程中观察另一个线程，所有操作都是无序的。 以上这句话也是《深入理解Java虚拟机》中的原句，但是怎么理解呢？周志明并没有详细的解释。这里我简单扩展一下，这其实和as-if-serial语义有关。 as-if-serial语义的意思指：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），单线程程序的执行结果都不能被改变。编译器和处理器无论如何优化，都必须遵守as-if-serial语义。 这里不对as-if-serial语义详细展开了，简单说就是，as-if-serial语义保证了单线程中，指令重排是有一定的限制的，而只要编译器和处理器都遵守了这个语义，那么就可以认为单线程程序是按照顺序执行的。当然，实际上还是有重排的，只不过我们无须关心这种重排的干扰。 所以呢，由于synchronized修饰的代码，同一时间只能被同一线程访问。那么也就是单线程执行的。所以，可以保证其有序性。