Java基础之关键字

关键字

transient

被transient修饰的成员变量在序列化(serialization)时，值会被忽略，在反序列化时会被设为初始值(对象为null)

synchronized

既可以修饰方法也可以修饰方法块，被synchronized修饰的代码块及方法，在同一时间只能被单个线程访问。

实现原理
对于同步方法，JVM采用ACC_SYNCHRONIZED标记符来实现同步，对于同步代码块采用monitorenter、monitorexit两个指令来实现同步。

方法级的同步是隐式的。同步方法的常量池中会有一个ACC_SYNCHRONIZED标志。当某个线程要访问某个方法的时候，会检查是否有ACC_SYNCHRONIZED，如果有设置，则需要先获得监视器锁，然后开始执行方法，方法执行之后再释放监视器锁。这时如果其他线程来请求执行方法，会因为无法获得监视器锁而被阻断住。值得注意的是，如果在方法执行过程中，发生了异常，并且方法内部并没有处理该异常，那么在异常被抛到方法外面之前监视器锁会被自动释放。
同步代码块使用monitorenter和monitorexit两个指令实现。可以把执行monitorenter指令理解为加锁，执行monitorexit理解为释放锁。每个对象维护着一个记录着被锁次数的计数器。未被锁定的对象的该计数器为0，当一个线程获得锁（执行monitorenter）后，该计数器自增变为 1 ，当同一个线程再次获得该对象的锁的时候，计数器再次自增。当同一个线程释放锁（执行monitorexit指令）的时候，计数器再自减。当计数器为0的时候。锁将被释放，其他线程便可以获得锁。
可见性
可见性是指：当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，其他线程能够立即看到修改的值
synchronized修饰的代码在开始执行时会加锁，执行完会解锁，为了保证可见性，需要遵循如下规则：对一个变量解锁之前，必须先把此变量同步回主存，这样解锁之后其他线程可以访问修改后的值。
有序性
有序性即程序执行的顺序按照代码的先后顺序
由于处理器优化和指令重排等，CPU还可能对代码进行乱序执行，这就存在有序性问题。
而synchronized是无法禁止指令重排和处理器优化的。也就是说，synchronized无法避免出现有序性问题，但synchronized仍然提供了有序性保证，具体原因如下：
Java程序具有天然的有序性：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。
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。

volatile

volatile是一个变量修饰符，无法修饰方法和代码块，用于修饰可能被多线程同时访问的变量。

实现原理
为了提高处理速度，处理器和内存间存在多级缓存，这样就导致了缓存数据不一致的问题。
但是对于volatile的变量，当对volatile变量进行写操作时，JVM会向处理器发送一条lock前缀的指令，将这个缓存中的变量回写到系统主存中。但就算写回内存，如果其他处理器缓存的值未更新，仍会有不一致的问题，所以在多处理器情况下需要实现缓存一致性协议
缓存一致性协议：每个处理器通过嗅探总线上出传播的数据来检查自己缓存的值是否已经过期，当处理器发现自己缓存行的对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置为无效，当处理器要操作这个数据时会强制从内存中读取数据到缓存中。
可见性
前文提到每次修改变量都会同步到主内存和其他缓存所以可以保证变量的可见性
有序性
volatile将禁止指令重排，保证对被volatile修饰的变量的操作会严格按照代码顺序执行
原子性
volatile是不能保证原子性的，只有以下两个场景可以使用volatile
1. 运算结果并不依赖变量的当前值，或确保只有单一线程会修改变量的值
2. 变量不需要与其他状态变量共同参与不变约束