java 里面保留字volatile及其与synchronized的区别

最近在读java并发编程相关的书籍，蚂蚁金服团队的杰作，可以好好把java并发相关的内容好好研究一下

要理解volatile和synchronized的区别，首先还是需要来理解下java的内存模型

java内存模型

java中，线程之间的通信是通过共享内存的方式，存储在堆中的实例域，静态域以及数组元素都可以在线程间通信。java内存模型控制一个线程对共享变量的改变何时对另一个线程可见。

线程间的共享变量存在主内存中，而对于每一个线程，都有一个私有的工作内存。工作内存是个虚拟的概念，涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化，总之就是指线程的本地内存。存在线程本地内存中的变量值对其他线程是不可见的。

如果线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤，如图所示：
1. 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
2. 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。 

关于volatile变量

由于java的内存模型中有工作内存和主内存之分，所以可能会有两种问题：

（1）线程可能在工作内存中更改变量的值，而没有及时写回到主内存，其他线程从主内存读取的数据仍然是老数据

（2）线程在工作内存中更改了变量的值，写回主内存了，但是其他线程之前也读取了这个变量的值，这样其他线程的工作内存中，此变量的值没有被及时更新。

为了解决这个问题，可以使用同步机制，也可以把变量声明为volatile，volatile修饰的成员变量有以下特点：

（1）每次对变量的修改，都会引起处理器缓存（工作内存）写回到主内存。

（2）一个工作内存回写到主内存会导致其他线程的处理器缓存（工作内存）无效。

基于以上两点，如果一个字段被声明成volatile，java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的。

此外，java虚拟机规范（jvm spec）中，规定了声明为volatile的long和double变量的get和set操作是原子的。这也说明了为什么将long和double类型的变量用volatile修饰，就可以保证对他们的赋值操作的原子性了

关于volatile变量的使用建议：多线程环境下需要共享的变量采用volatile声明；如果使用了同步块或者是常量，则没有必要使用volatile。

java内存模型与synchronized关键字

synchronized关键字强制实施一个互斥锁，使得被保护的代码块在同一时间只能有一个线程进入并执行。当然synchronized还有另外一个 方面的作用：在线程进入synchronized块之前，会把工作存内存中的所有内容映射到主内存上，然后把工作内存清空再从主存储器上拷贝最新的值。而 在线程退出synchronized块时，同样会把工作内存中的值映射到主内存，但此时并不会清空工作内存。这样一来就可以强制其按照上面的顺序运行，以 保证线程在执行完代码块后，工作内存中的值和主内存中的值是一致的，保证了数据的一致性！  

所以由synchronized修饰的set与get方法都是相当于直接对主内存进行操作，不会出现数据一致性方面的问题。

volatile与synchronized

volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器中的值是不确定的,需要从主存中读取,synchronized则是锁定当前变量,只有当前线程可以访问该变量,其他线程被阻塞住.
volatile仅能使用在变量级别,synchronized则可以使用在变量,方法.
volatile仅能实现变量的修改可见性,但不具备原子特性,而synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性.
volatile不会造成线程的阻塞,而synchronized可能会造成线程的阻塞.
volatile标记的变量不会被编译器优化,而synchronized标记的变量可以被编译器优化.

 因此，在使用volatile关键字时要慎重，并不是只要简单类型变量使用volatile修饰，对这个变量的所有操作都是原来操作，当变量的值由自身的上一个决定时，如n=n+1、n++ 等，volatile关键字将失效，只有当变量的值和自身上一个值无关时对该变量的操作才是原子级别的，如n = m + 1，这个就是原级别的。所以在使用volatile关键时一定要谨慎，如果自己没有把握，可以使用synchronized来代替volatile。

总结：volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的，需要从主存中读取。可以实现synchronized的部分效果，但当n=n+1,n++等时，volatile关键字将失效，不能起到像synchronized一样的线程同步的效果。

最后来讨论一下volatile的使用场景

synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，那么就会很影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized，但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。通常来说，使用volatile必须具备以下2个条件：

　　1）对变量的写操作不依赖于当前值

　　2）该变量没有包含在具有其他变量的不变式中

　　实际上，这些条件表明，可以被写入 volatile 变量的这些有效值独立于任何程序的状态，包括变量的当前状态。

　　事实上，我的理解就是上面的2个条件需要保证操作是原子性操作，才能保证使用volatile关键字的程序在并发时能够正确执行。

　　下面列举几个Java中使用volatile的几个场景。

1.状态标记

volatile boolean flag = false;

while (!flag){
    doSomething();
}

public  void  setFlag() {
    flag =  true ;
}

2.双重检查（Double-Check）

class  Singleton{
    private  volatile  static  Singleton instance =  null ;

    private  Singleton() {

    }

    public  static  Singleton getInstance() {
        if (instance== null ) {
            synchronized  (Singleton. class ) {
                if (instance== null )
                    instance =  new  Singleton();
            }
        }
        return  instance;
    }
}