voliate Synchronized Lock

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

参考文章：https://blog.csdn.net/huyiju/article/details/97126274
一、voliate相关

1：java内存模型

1.1：计算机的内存模型
在计算机的内存模型中cpu和内存之间的速度存在数量级所以引入了高速缓存，告诉缓存会导致到底以哪个处理器的缓存为主，同步到主内存，这个时候有有了缓存一致性协议，来保证缓存一致性。

在这里插入图片描述
指令重排：例如一下五行代码，前四行的在计算机cpu的执行顺序不一定是12345，也可以是13245或者34125，但是第五步的顺序不会变，这种指令重排不会影响最后的计算结果。

          int a=1;

          a++;

          int b=5;

          b++;

         int c=a+b;

1.2：java内存模型

java的内存模型屏蔽掉了计算机硬件和操作系统的差异，但是没有限制处理器使用缓存和主内存进行交互，也没有限制编译器在执行过程中的指令重排这类优化措施。
在这里插入图片描述

2：Voliate关键字
voliate关键字有两个作用（可见性和禁止指令重排）

1：可见性：保证在多个线程的情况下,线程一把int a的值修改为5的时候，其他线程也能立即知道int a=5,实现的方法是线程1把int a=5，会把a=5的是立马通过缓存同步到主内存，然后其他线程使用a之前会从主内存刷新一次，得到被线程1修改的值为5.

2：有序性：有序性的意思的在本线程内观察，所有操作都是有序的（线程内是串行的），但是在另一个线程观察本线程，所有操作都是无序的（主要是指指令重排现象和工作内存与主内存同步）。voliate和synchronize两个关键字来保证线程操作之间的有序性。

2.1：voliate不能保证线程安全（可见性分析）
预期结果：10个线程同时执行，每一个此线程都把i累加到1000.最后的结果应该是10000.

实际结果：多次运行，大部分结果都不足10000

结论分析：i++,不是原子性操作，线程1把i的值赋值的10，这个时候后线程2根据可见性也得到了10，但是线程1接着执行累加把i的值赋值到250，这个时候线程2依然拿到的值是10是过期数据，入栈++后的值为11，把11同步到了主内存，触发了线程1从主内存同步的得到值为11，这个时候会导致线程一的结果错误。

public class VoliteTest { 
   
	//voliate关键字保证了此变量在各个线程中是一致的
	public static volatile int id=1;
 
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
   
		// TODO Auto-generated method stub
		
		Thread[] ths=new Thread[10];
		for(int i=0;i<10;i++) { 
   
			//10个线程同时执行
			ths[i]=new Thread(new Runnable() { 
   
				@Override
				public void run() { 
   
					// TODO Auto-generated method stub
					add();
				}
			});
			ths[i].start();
			
		}
		
		//累加线程执行完毕
		while (Thread.activeCount()>1) { 
   
			Thread.yield();
		}
		System.out.println("========================");
		System.out.println("ID的值是："+id);
	}
	
	//该方法可以通过加锁实现线程安全
	public  static void add() { 
   
		for(int i = 0;i<1000;i++) { 
   
			//id++不是原子性的
			//第一步：假如线程1同步id=5,这个时候要++，其他线程切换了进来
			//第二部：其他比如线程2同步id=5,执行了很多操作，id=100了
			//第三部：线程1执行++，得到了id=6,这个时候的id为5已经是过期数据了，
			//第四部：线程1将结果6同步到内存共享，其他的线程得到id=6.会导致最后的值不等于10001
		    id++;
		}
	}
 
}

2.2：voliate禁止指令重排
voliate保证cpu能够保证在这个关键字之前和之后的代码不会指令重排，保证按照书写顺序执行代码。

之所以能实现指令重排是因为voliate的可见性决定的，这个关键字保证了从缓存到主内存之间的同步，就像内存之间的一道屏障，保证了之前和之后的代码无法越过这个内存栅栏。

单例代码案例：保证线程安全和只有一个实例

public class Danli { 
   
	
	private volatile static Danli danli;
	
	//私有构造，防止通过外部new创建对象
	private Danli() { 
   
		
	}
	
	//懒汉模式 需要的时候get
	//(方法加锁导致多线程效率低)
	public static synchronized Danli getDanli() { 
   
		if(danli==null) { 
   
			//在此处判断加锁,防止线程1判断为空后，线程二创建了实例
			//在加锁方法之内再次判断一次
			synchronized (Danli.class) { 
   
				if(danli==null) { 
   //再次判断
					danli=new Danli();//内存屏障，保证写完之后其他线程读取
					//1：在工作内存创建，(store存储)到主内存
					//在此之间可能有其他线程插入
					//2:主内存的danli(write写入)
                           //这是一个内存栅栏
				}
			}
		}
		return danli;
	}
 
}

二、synchronize关键字

2.1：说一下对synchronize关键字的理解
synchronize关键字解决了多线程的资源同步性，该关键字保证了在多线程的条件下，同时是有一个线程能够获取到资源。

在jdk的早起版本中，这个关键字是重量级锁，这个关键字在编译之后，在同步块的前后会形成monitorenter和monitorexit（监视器进入和退出，通过获取对象锁计数器加一减一来实现锁机制）两个节码指令，其他线程在竞争的时候会挂起，效率低下，但是随着jdk的发展，通过对synchronize底层的发展，不必每次线程都挂起。来大大提升了效率

比如采用偏向锁、轻量级锁、锁粗化、锁自旋、锁自旋、锁消除等手段来提升效率

2.2：synchronize在用项目中用到了吗？
2.2.1：synchronize用法
1：用来修饰静态方法（给类加了锁，无论new多少个对象，都会产生竞争，线程1new的对象获取普通加锁方法和线程2获取类的静态加锁方法不会产生竞争）

2：用来修饰静态代码块（也是给类加了锁）

3：用来修饰普通方法（锁给了对象，只用new的同一对象才有竞争）

2.2.2：项目中的使用（懒汉单例模式）

package com.thit.connpool;
 
public class LazySimple { 
   
	//voliate修饰，禁止指令重排
	private static volatile LazySimple lazySimple;
	//私有构造防止new创建对象
	private LazySimple() { 
   
		
	}
	//静态方法外部得到实例
	public static LazySimple getDanli() { 
   
		//首先判断是否为空
		if (lazySimple==null) { 
   
			synchronized (LazySimple.class) { 
   
				//再次判断是否为空
				if(lazySimple==null) { 
   
					//new 对象非原子性操作
					//1：分配内存空间
					//2：初始化值(构造器)
					//3：将对象指向内存地址
					lazySimple=new LazySimple();
				}
			}
		}
		return lazySimple;
	}
}

代码分析：

1：其中 volatile修饰lazySimple;是为了防止指令重排,其中lazySimple=new LazySimple();这段代码不是原子性操作，实际分为3步

                //1：分配内存空间
                //2：初始化值
                //3：将引用指向内存地址
                lazySimple=new LazySimple();

由于jvm有指令重排的优化，所以代码执行顺序可能是1>3>2，当线程1执行1>3的时候没有执行到2初始化赋值的时候，线程2进入执行，这个时候判断到lazySimplenull,会在创造一个对象，就不是单例了。加了voliate关键字修饰，会因为可见性而防止指令重排，因为其他的线程想要判断lazySimplenull的时候，会在1>2>3执行完成，在线程1修改lazySimple的时候，没写入之前内存像是有屏障一般。这边形成了指令重排无法越过的内存屏障。

三、说说synchronize关键字和voliate关键字
1：voliate修饰变量多线程可见性但是没有原子性，synchronize修饰方法能保证可见性和原子性。

2：voliate的效率更高一点，线程不会阻塞，但是synchronize线程会阻塞

3：voliate用来解决变量的多线程可见性，但是synchronize用来解决多线程资源访问问题

四、lock接口
4.1：为什么需要Lock接口？
我们知道锁是来控制多线程并发访问资源的竞争，在Lock接口出现之前我们使用synchronize关键字来实现锁功能，但是synchronize获取锁是隐式的，我们无法控制锁的获取，释放中断的可操作性性，由于synchronize获取锁固话，所以创建了Lock接口来实现更领过的锁。

Lock和synchronize都是重入锁

1：尝试非中断的获取锁，

2：可以实现中断，与synchronize关键字不同，当获取锁的线程能够响应中断，中断的时候，异常内抛出，释放锁

3：能指定时间获取锁，在指定时间内无法获取锁的时候返回

4.2：代码实现

Lock lock=new ReentrantLock();
		lock.lock();//获取锁
		try { 
   
			
		} catch (Exception e) { 
   
			e.printStackTrace();
		}finally { 
   
			lock.unlock();//finally修饰，异常处理，一定要释放锁
		}