Java并发5 - synchronized与volatile-华为开发者话题

前面我们有说过，并发问题的源头是可见性、原子性和有序性。本篇就介绍两个保证并发正确的基本原语，synchronized和volatile。

synchronized

synchronized是解决Java原子性、可见性问题的基本原语，是一种同步锁。被synchronized修饰的代码，同一时间段只有一个线程可以执行。执行完成后，对其他线程可见。

synchronized的用法

synchronized作为同步锁，可以修饰的对象有以下三种方式：

修改一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其保护的范围是大括号{}括起来的代码，锁是synchronized的参数；
修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其保护的范围是整个方法，锁是这个方法的this对象；
修饰一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，锁是这个类；

synchronized的基本使用示例：

class X {
  // 修饰非静态方法
  synchronized void foo() {
    // 临界区
  }
  // 修饰静态方法
  synchronized static void bar() {
    // 临界区
  }
  // 修饰代码块
  Object obj = new Object()；
  void baz() {
    synchronized(obj) {
      // 临界区
    }
  }
}

synchronized关键字与我们平台认识的锁不一样，没有Lock对象，也没有Lock.lock、Lock.unlock方法。但其本质上，就是同步锁，Lock对象和lock/unlock方法都是隐式的。以上文中修饰代码块的例子来说，换成Lock的伪代码就是：

  Object obj = new Object()；
  void baz() {
    obj.lock();
      // 临界区
    obj.unlock();
  }

锁与受保护资源的关系

使用任何锁，我们都需要明白两个问题：我们的锁是什么？我们的锁保护的资源是什么？

锁和被保护的资源的是有对应关系的。类比生活中的例子，火车票，火车座位是一种互斥资源，同一个时刻只能有一个人占用，一张火车票对应一个位置。这里的火车票就是锁，拿到了票就是拿到了锁，独占座位（互斥资源），直到到站车锁失效。

synchronized锁也是这样的，在本篇第一节，我们也写了使用synchronized时，锁是什么，保护的资源是什么。

锁和受保护资源一个正确的关系是：受保护的资源与锁之间的N:1的关系，即一把锁可以保护多种资源，但一种资源，只能被一把锁保护。

我们用一个例子看一下这种关系。以下是一个错误的事例：

class SafeCalc {
  static long value = 0L;
  synchronized long get() {
    return value;
  }
  synchronized static void addOne() {
    value += 1;
  }
}

这段代码中用两把锁this对象和SafeClc.class，保护了同一个对象value。因此，get与addone方法不是互斥的，这就会导致并发问题。

volatile

volatile并不是Java独有的，在C语言中也有此关键字。

volatile用来修饰变量，对于这个变量的操作，不要用CPU缓存，必须从内存中进行读取或写入。这样做的目的是解决可见性问题。达到的效果是一个线程对volatile变量的修改对其他后续线程可见。

使用volatile要注意两个问题：

volatile并不解决原子性问题，因此volatile long count=0;后,两个线程做count++，得不到正确的结果；
volatile的使用很简单，但是和锁机制共同使用，就有复杂的可见性传递问题，这种问题需要对JMM(Java内存模型)及其happen-before规则有一定的了解才可以（具体在附录中介绍）；

基于于以上两点，我们建议：使用volatile修饰的变量的修改操作，不能依赖其读操作；使用volatile修饰的变量，不要和其他变量有依赖关系。比如，只用volatile修饰用户配置。