由前文Java內(nèi)存模型我們熟悉了Java的內(nèi)存工作模式和線程間的交互規(guī)范滤否，本篇從應(yīng)用層面講解Java線程間通信导饲。

Java為線程間通信提供了三個相關(guān)的關(guān)鍵字volatile, synchronized和final。對于final，我們在博文Java中static關(guān)鍵字和final關(guān)鍵字中已經(jīng)介紹。

• 1. volatile
  • 1.1. 定義
  • 1.2. 機理
  • 1.3. 特性：不會被重排序
  • 1.4. 非原子性
• 2. synchronized
  • 2.1. 定義
  • 2.2. synchronized與voliatile區(qū)別
  • 2.3. 注意
  • 2.4. synchronized的作用域
  • 2.5. synchronized應(yīng)用
    • 2.5.1. synchronized方法
    • 2.5.2. synchronized代碼塊
    • 2.5.3. synchronized靜態(tài)方法
    • 2.5.4. synchronized對象
• 3. 參考文章

1. volatile

1.1. 定義

由volatile定義的變量其特殊性在于：

一個線程對變量的寫一定對之后對這個變量的讀的線程可見虱颗。

換言之

一個線程對volatile變量的讀一定能看見它之前最后一個線程對這個變量的寫。

1.2. 機理

volatile意味著可見性蔗喂，在講解volatile的機理前忘渔，我先給下面的這個例子：

package com.cielo.main;

/**
 * Created by 63289 on 2017/3/31.
 */
class MyThread extends Thread {
    private boolean isRunning = true;
    public boolean isRunning() {
        return isRunning;
    }
    public void setRunning(boolean isRunning) {
        this.isRunning = isRunning;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("進入到run方法中了");
        while (isRunning == true) {
        }
        System.out.println("線程執(zhí)行完成了");
    }
}
public class RunThread{
    public static void main(String[] args) {
        try {
            MyThread thread = new MyThread();
            thread.start();
            Thread.sleep(1000);
            thread.setRunning(false);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在這個例子中，主線程啟動了子線程缰儿，子線程成功進入run方法畦粮，輸出"進入到run方法中"，只有由于isRunning==true，無限循環(huán)宣赔。此時预麸，sleep一秒后的主線程想要改變isRunning的值，它將isRunning變量讀取到它的內(nèi)存空間進行修改后儒将，寫入主內(nèi)存吏祸，但由于子線程一直在私有棧中讀取isRunning變量，沒有在主內(nèi)存中讀取isRunning變量钩蚊，因此不會退出循環(huán)贡翘。

如果我們把isRunning賦值行改為：

private volatile boolean isRunning = true;
將其用volatile修飾，則強制該變量從主內(nèi)存中讀取砰逻。

這樣我們也就明白了volatile的實現(xiàn)機理鸣驱，即：

1. 當(dāng)一個線程要使用volatile變量時，它會直接從主內(nèi)存中讀取蝠咆，而不使用自己工作內(nèi)存中的副本踊东。

2. 當(dāng)一個線程對一個volatile變量寫時，它會將變量的值刷新到共享內(nèi)存(主內(nèi)存)中刚操。

1.3. 特性：不會被重排序

從Java內(nèi)存模型一篇中闸翅，我們簡單了解了重排序，這里不會被重排序主要指語句重排序菊霜。

我們考慮到下面這個例子缎脾，有A,B兩個線程

線程A：加載配置文件，將配置元素初始化占卧，之后標(biāo)識初始化成功。

Map configOptions ;
char[] configText;

volatile boolean initialized = false;

//線程A首先從文件中讀取配置信息,調(diào)用process...處理配置信息,處理完成了將initialized 設(shè)置為true
configOptions = new HashMap();
configText = readConfigFile(fileName);
processConfig(configText, configOptions);//負責(zé)將配置信息configOptions 成功初始化
initialized = true;
線程B：等待初始化標(biāo)識為true联喘，之后開始工作华蜒。

while(!initialized)
{
    sleep();
}

//使用配置信息干活
doSomethingWithConfig();

很簡單的一個例子，在編譯器中豁遭，如果進行重排序叭喜，則會有將initialized=true這一行先執(zhí)行的可能，如果這件事發(fā)生的話蓖谢，線程B就會先運行捂蕴，進而使用了沒有加載配置文件的Object。而如果initialized變量使用了volatile修飾闪幽，則編譯器不會將該變量的相關(guān)代碼進行重排序啥辨。（當(dāng)然，這里的例子只是為了直觀盯腌，實際情況編譯器的重排序會更加復(fù)雜）

1.4. 非原子性

使用volatile時溉知，我們要清楚，volatile是非原子性的。

原子性即是指级乍，對于一個操作舌劳，其操作的內(nèi)容只有全部執(zhí)行/全不執(zhí)行兩個狀態(tài)，不存在中間態(tài)玫荣。而volatile并不能鎖定某組操作甚淡，防止其他線程的干擾，即沒有規(guī)定原子性捅厂，因而volatile是非原子性的贯卦。或者說恒傻，volatile是非線程安全的脸侥。

綜上，如果我們想要使用一個原子性的修飾符來控制操作盈厘，即在操作變量時鎖定變量睁枕，我們就需要另一個修飾詞synchronized。

2. synchronized

2.1. 定義

synchronized作用的代碼范圍對于不同線程是互斥的沸手，并且線程在釋放鎖的時候會將共享變量的值刷新到共享內(nèi)存中外遇。

2.2. synchronized與voliatile區(qū)別

1. 使用：voliatile 用于修飾變量，synchronized可以修飾對象契吉，類跳仿，方法，代碼塊捐晶，語句菲语。

2. 原子性：voliatile只保證變量的可見性，不能用于同步變量惑灵，即不保證原子性山上，多線程并發(fā)訪問voliatile修飾的變量時也不會產(chǎn)生阻塞。synchronized是原子性的英支，只有鎖定了變量的線程才能進入臨界區(qū)佩憾，從而保證臨界區(qū)的所有語句全部執(zhí)行。多線程并發(fā)訪問sychronized修飾的變量會產(chǎn)生阻塞干花。

3. 機理：

當(dāng)線程對volatile變量讀時妄帘，會把工作內(nèi)存中值置為無效。當(dāng)線程對sychronized變量讀時池凄，會在該線程鎖定變量時把工作內(nèi)存中值置為無效抡驼。

當(dāng)線程對voliatile變量寫時，會把值刷新到主內(nèi)存中肿仑。當(dāng)線程對sychronized變量寫時婶恼，會在變量解鎖時把值刷新到主內(nèi)存中桑阶。

2.3. 注意

1. 無論synchronized加在方法上還是對象上，其修飾的都是對象勾邦，而不是方法或者某個代碼塊代碼語句蚣录。

2. 每個對象只有一個鎖與之相關(guān)聯(lián)。

3. 實現(xiàn)同步需要很大的系統(tǒng)開銷來做控制眷篇，不要做無謂的鎖定萎河。

2.4. synchronized的作用域

synchronized的作用域只有兩種。實際上蕉饼，synchronized直接作用于內(nèi)存中的一個內(nèi)存塊虐杯，因此，可以通過鎖定內(nèi)存塊來鎖定一個實例變量或者鎖定一個靜態(tài)區(qū)域昧港。

1. 某個對象實例內(nèi)

synchronized aMethod(){}可以防止多個線程同時訪問這個對象的synchronized方法擎椰，如果對象有多個synchronized方法，則只要一個線程訪問了任何一個synchronized方法创肥，其他線程不能同時訪問任何一個該對象的synchronized方法(synchronized作用于對象达舒，且每個對象只有一個鎖)。

顯然叹侄，不同對象的synchronized方法則不會互相影響(synchronized作用于對象)巩搏。

2. 某個類的范圍

又或者說作用于靜態(tài)方法/靜態(tài)代碼塊。synchronized static aMethod(){}防止多個線程同時訪問這個類中的synchronized static方法趾代，它可以對類的所有實例對象起作用贯底。

2.5. synchronized應(yīng)用

2.5.1. synchronized方法

每個實例對應(yīng)一個lock,線程獲得該含有synchronized方法的實例的鎖才可以執(zhí)行，否則阻塞撒强。方法一旦執(zhí)行禽捆，則一直到方法返回才可以釋放鎖。此后被阻塞的線程才能獲得該鎖飘哨。對于一個實例胚想，其聲明為synchronized的方法顯然只有一個能處于執(zhí)行狀態(tài)。從而避免了類訪問變量的沖突杖玲。

synchronized同步的開銷很大，如果synchronized作用于一個比較大的方法上淘正，顯然是不合算的摆马。

2.5.2. synchronized代碼塊

synchronized代碼塊形式如下：

        synchronized (synchronizedObject){
            //Some thing
        }

代碼塊內(nèi)部代碼必須在獲得synchronizedObject的鎖時才能執(zhí)行。需要重點說的是synchronized(this)鸿吆，這也是比較常用的代碼塊囤采。

synchronized的效果類似于在方法前修飾，只是修飾的范圍縮小成代碼塊惩淳。兩個線程同時訪問一個變量時蕉毯，如果一個線程在執(zhí)行synchronized的代碼乓搬，那么該實例被鎖定，另一個線程如果要訪問該實例被synchronized作用的范圍代虾，則會被阻塞进肯。

此外，如果不使用this作為鎖棉磨，而是只是想讓一段代碼同步江掩，可以臨時創(chuàng)建如下鎖：

    private byte[] lock=new byte[0];

從操作碼上講，創(chuàng)建一個長度為0的數(shù)組對象是最經(jīng)濟的乘瓤，只需要3條操作碼环形。

2.5.3. synchronized靜態(tài)方法

synchronized修飾靜態(tài)方法時或者在普通方法中以類為對象如下形式：

class StaticSynchronized{
    public void aMethod{
        synchronized (StaticSynchronized.class){
            //Some thing
        }
    }
}

為synchronized靜態(tài)方法。

注意的是衙傀，對于同一個類抬吟，其static和實例方法如果都用synchronized修飾，其作用的必然不是同一個對象(顯然)统抬。

2.5.4. synchronized對象

比較簡單粗暴的實現(xiàn)方式无蜂，直接把對象鎖定，思路也很清晰座云。Java負責(zé)跟蹤被加鎖的對象氧腰，該鎖定對象的線程每次給對象加鎖時對象的計數(shù)器+1，每次解鎖時計數(shù)器-1妆偏，如果對象的計數(shù)器為0刃鳄，那么解除該線程的鎖定。

3. 參考文章

如何使用 volatile, synchronized, final 進行線程間通信

JAVA多線程之volatile 與 synchronized 的比較

Java synchronized詳解