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线程间通信

线程间通信的核心问题

多个线程通过共享内存实现信息交换，但需解决以下问题：

1. 可见性：线程修改变量后其他线程能否立即感知。
2. 原子性：操作是否不可分割，避免数据不一致。
3. 有序性：代码执行顺序是否符合预期。

volatile 关键字

1. 核心特性

• 可见性保证：所有线程直接访问共享内存中的变量值，而非本地缓存。

  • 写操作：强制将修改后的值刷新到主内存。

  • 读操作：强制从主内存读取最新值。

• 禁止指令重排序：通过内存屏障限制编译器和处理器的重排序。

2. 使用限制

• 不保证原子性：仅适用于单次读/写操作，无法处理复合操作（如 i++）。

• 典型场景：

  • 状态标志（如 volatile boolean on = true）。

  • 配合 CAS 操作实现无锁并发（如 AtomicInteger 内部实现）。

3. 示例

public class StatusMonitor {private volatile boolean running = true; // 状态标志public void shutdown() {running = false; // 修改后对所有线程可见}public void doWork() {while (running) { // 实时读取共享内存的值// 执行任务}}
}

synchronized 关键字

1. 核心特性

• 原子性 & 排他性：同一时刻只允许一个线程进入同步代码。

• 隐式锁机制：通过锁对象实现同步（锁粒度可以是实例对象、Class 对象或自定义对象）。

• 可见性保证：线程退出同步代码时，修改的变量值强制刷新到主内存。

• synchronized 无法完全禁止内部指令重排序，但通过临界区的内存屏障和线程互斥访问机制，对外部线程表现为有序性。

• 在需要严格禁止重排序的高并发场景中（如单例初始化），必须结合 volatile 来补充有序性保证。

2. 示例

public class Counter {private int count = 0;public synchronized void increment() { // 普通同步方法count++; // 原子操作}public static synchronized void staticMethod() { // 静态同步方法// 操作共享资源}public void blockSync() {synchronized (this) { // 同步块count--;}}
}

volatile 与 synchronized 的对比

特性	volatile	synchronized
可见性	保证	保证
原子性	仅支持单个读/写操作	支持代码块级原子性
排他性	无	有（同一时刻仅一个线程访问）
性能消耗	较低（仅内存屏障）	较高（涉及锁竞争与上下文切换）
适用场景	状态标志、双重检查锁（DCL）	复杂操作保护（如转账、计数等）

Volatile 和 Synchronized 最佳实践

• 双重检查锁定（Double-Checked Locking）：

public class Singleton {private static volatile Singleton instance;public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton(); // volatile 防止指令重排序}}}return instance;}
}

volatile 在此阻止 JVM 重排序初始化步骤（分配内存与对象构造），确保线程安全。