synchronized 关键字和 volatile 关键字有什么区别？

在 Java 中，synchronized 关键字和 volatile 关键字都可以用来实现线程安全，但是它们有不同的用途和实现方式。本文将介绍 synchronized 关键字和 volatile 关键字的区别，包括它们的使用场景、实现机制和效果比较。

在这里插入图片描述

synchronized 关键字

synchronized 是 Java 中的一种同步机制，用于实现多线程之间的同步。synchronized 关键字可以用于方法和代码块中，用于保护共享资源的访问，防止多个线程同时访问和修改共享资源，从而保证线程安全。synchronized 关键字的使用方式如下：

1. 同步方法

在方法声明中使用 synchronized 关键字，可以将整个方法作为同步代码块，保证多个线程不会同时访问该方法。

public synchronized void doSomething() {
    // 线程安全的代码
}

2. 同步代码块

在代码块中使用 synchronized 关键字，可以将该代码块作为同步代码块，保证多个线程不会同时访问该代码块。

public void doSomething() {
    synchronized (this) {
        // 线程安全的代码
    }
}

在 synchronized 关键字中，需要指定一个锁对象，该对象可以是任意的 Java 对象，用于保护共享资源的访问。在同步代码块中，通常使用 this 关键字作为锁对象，表示当前对象。在同步方法中，锁对象为当前对象的实例。

synchronized 关键字的实现机制是基于 Java 中的内置锁（也称为监视器锁）实现的。Java 中的每个对象都有一个内置锁，可以用于实现同步。当一个线程需要访问共享资源时，它需要获取该资源的锁，如果锁已经被其他线程获取，则该线程会被阻塞，直到锁被释放。当一个线程释放锁时，等待该锁的线程会被唤醒，继续竞争锁。

synchronized 关键字的使用可以保证线程安全，但是它也有一些缺点。首先，如果多个线程频繁地竞争同一个锁，会导致性能问题，因为只有一个线程可以获得锁，其他线程需要等待。其次，如果同步代码块中的代码执行时间过长，也会导致性能问题，因为其他线程需要等待长时间才能访问共享资源。

volatile 关键字

volatile 是 Java 中的一种关键字，用于修饰变量，用于保证变量的可见性和有序性。volatile 关键字可以用于单个变量和数组中的元素，用于保证它们的访问不会受到缓存和优化等因素的影响，从而保证线程安全。volatile 关键字的使用方式如下：

public class Test {
    private volatile int count = 0;

    public void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

在上面的代码中，count 变量被声明为 volatile，在 increment 方法中对 count 变量进行递增操作。由于 count 变量是 volatile 的，因此它保证了对 count 变量的访问不会受到缓存和优化等因素的影响，从而保证了线程安全。

volatile 关键字的实现机制是基于 CPU 缓存一致性协议实现的。在多核 CPU 中，每个核都有自己的缓存，缓存中保存了最近访问的数据。如果多个 CPU 访问同一个变量时，它们可能会使用自己的缓存，导致数据不一致。为了解决这个问题，CPU 提供了缓存一致性协议（如 MESI），用于保证不同缓存中的数据一致。当一个 CPU 修改了变量时，它会通知其他 CPU，让它们更新自己的缓存中的数据。

volatile 关键字的使用可以保证变量的可见性和有序性，但是它也有一些限制。首先，volatile 关键字只能保证单个变量的原子性，不能保证多个变量的原子性。其次，volatile 关键字不能保证线程安全，因为它不能保证多个线程之间的操作顺序。如果需要保证多个操作的原子性和顺序，需要使用 synchronized 关键字或者其他的同步机制。