synchronized
-
synchronized关键字的作用：- 在Java中，
synchronized关键字用于确保多个线程在访问共享资源时的安全性。它通过获取对象的内置锁（也称为monitor）来实现同步，保证了同一时刻只有一个线程可以进入同步代码块或同步方法（临界区），从而避免了多线程环境下的竞态条件。
- 在Java中，
-
临界区内的串行访问：
- 当一个线程进入
synchronized保护的临界区时，其他线程需要等待该线程执行完毕并释放锁之后才能进入。这样确保了临界区内的操作是串行执行的，不会出现多个线程同时访问临界资源的情况，从而保证了数据的一致性和正确性。
- 当一个线程进入
-
临界区外的操作：
synchronized仅保证了临界区内的操作是串行化的，对于临界区外的操作，Java内存模型并不保证这些操作不会被重排序。
-
指令重排序的影响：
- 指令重排序是编译器和处理器为了提高性能而进行的优化操作，它可以改变代码中指令的执行顺序，但不会改变程序的最终结果。在多线程环境中，如果不加控制地进行指令重排序，可能会导致数据竞争和线程安全性问题。
-
具体影响：
- 在
synchronized保护的临界区之外，即使某些操作没有直接进入临界区，编译器和处理器仍然可能对这些操作进行重排序。这意味着，即使在临界区外，也需要通过其他手段（如volatile、final、Atomic类等）来确保变量的可见性和操作的有序性，以防止不正确的并发行为发生。
- 在
综上所述，虽然synchronized关键字通过内置锁确保了临界区内的串行访问，但并不负责防止编译器和处理器对临界区外的操作进行指令重排序。因此，在编写多线程代码时，除了正确使用synchronized外，还需要结合其他技术手段来确保整个程序的线程安全性和正确性。
volatile
volatile 是Java中的一个关键字，用于声明变量。它的作用是告诉编译器和虚拟机，该变量可能会被多个线程同时访问，因此不能进行某些优化，确保每次读取该变量时都是从主内存中读取，每次修改该变量时都会立即写入主内存，而不会使用缓存。
为什么需要volatile？
在多线程并发编程中，线程之间的可见性是一个重要问题。当一个线程修改了共享变量的值时，另一个线程能够立即看到修改后的值。这种保证是通过主内存和工作内存（线程的本地缓存）的交互来实现的。使用volatile关键字可以确保：
- 可见性：当一个线程修改了
volatile变量的值，其他线程能够立即看到这个修改，而不是使用本地缓存中的值。 - 禁止指令重排序：
volatile变量的读写会插入特定的内存屏障指令，防止编译器和处理器对指令进行优化重排序，确保操作的有序性。
使用场景
-
状态标记：当一个变量用于标记应用程序的状态（例如是否运行、是否停止），并且多个线程需要协同工作来改变或检查这个状态时，可以使用
volatile保证状态的可见性，避免使用锁带来的性能开销。 -
双重检查锁定（Double-Checked Locking）：在单例模式中，当需要在第一次获取实例时才加锁并初始化实例，可以使用
volatile关键字来确保多线程环境下的安全性和性能。 -
计数器或标记变量：当一个变量用于多线程环境下的计数或标记，如线程中断标志、事件触发等，可以使用
volatile来保证可见性。 -
轻量级同步：在某些情况下，
volatile可以作为一种比synchronized更轻量级的同步机制，用于简单的线程同步需求。
注意事项
volatile不能保证原子性。如果一个操作涉及到递增、递减等复合操作，并且要保证原子性，需要使用Atomic类或者synchronized关键字来保证。- 谨慎使用
volatile来代替锁。虽然volatile可以提供一定程度的同步，但在复杂的多线程并发控制下，仍然需要使用更强大的同步机制。
对于volatile，什么是主内存，什么是本地缓存？
在Java内存模型中，涉及到volatile变量的可见性时，主内存和本地缓存是两个重要的概念。
-
主内存（Main Memory）：
- 主内存是所有线程共享的内存区域。
- 所有的
volatile变量都存储在主内存中。 - 线程的工作内存（Thread’s Working Memory，或称本地内存）中的变量值必须从主内存中读取。
- 当一个线程修改了一个
volatile变量的值，它会立即将修改后的值刷新到主内存中，而不是仅仅更新自己的本地缓存。
-
本地缓存（Thread’s Working Memory）：
- 每个线程都有自己的本地缓存，也称为工作内存。
- 线程在执行过程中，会把主内存中的变量拷贝到自己的工作内存中进行操作。
- 线程对变量的所有操作（读取、赋值）都是在工作内存中进行的。
- 当一个线程访问
volatile变量时，它会将工作内存中该变量的值置为无效，然后重新从主内存中读取最新的值。
如何保证可见性？
-
写操作：当一个线程写入一个
volatile变量时，会将修改后的值立即刷新到主内存中，保证了其他线程能够立即看到最新的值。 -
读操作：当一个线程读取一个
volatile变量时，会从主内存中读取最新的值，而不是使用本地缓存中的值，从而保证了可见性。
因此，主内存是所有线程共享的存储区域，而本地缓存则是每个线程私有的存储区域。volatile关键字通过在这两者之间的交互，确保了变量的可见性，即一个线程对volatile变量的修改对其他线程是可见的。
什么是指令重排？多线程下会导致什么结果？
禁止指令重排是指编译器和处理器在进行代码优化时，不能改变程序中指令的执行顺序。在多线程环境下，如果没有禁止指令重排的保证，可能会导致程序的执行顺序与预期不符，从而引发线程安全性问题。
示例说明禁止指令重排的重要性：
考虑以下的单例模式双重检查锁定（Double-Checked Locking）的经典实现方式：
public class Singleton {private static volatile Singleton instance;private Singleton() { }public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}
在这个例子中，关键点是volatile关键字修饰的instance变量。volatile确保了以下两点：
-
可见性：任何一个线程修改了
instance的值，其他线程能够立即看到最新的值。 -
禁止指令重排：在初始化
instance变量时，防止指令重排导致的问题。
具体来说，如果没有使用volatile关键字，可能会出现以下问题：
-
指令重排问题：在初始化
instance时，通常需要进行三步操作：1）分配内存空间；2）初始化对象；3）将instance指向分配的内存空间。如果没有禁止指令重排的保证，可能会发生如下的重排操作：- 线程A执行了1和3，但是还没有执行2，此时线程B检测到
instance不为null（即使实际上还没有初始化完成），直接返回instance，这时候得到的instance实际上还没有完成初始化，会导致程序错误。
- 线程A执行了1和3，但是还没有执行2，此时线程B检测到
通过使用volatile关键字修饰instance，可以确保所有的写操作都将立即反映到主内存中，所有的读操作也会直接从主内存中读取，从而避免了上述的指令重排问题，保证了单例模式的线程安全性。
因此，禁止指令重排在多线程编程中尤为重要，特别是在需要复杂操作顺序保证的情况下，volatile的使用可以有效地避免由指令重排引发的潜在问题。
)
