Posted on 2010-01-14 14:36
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java
為了確保可以在線程之間以受控方式共享數據，Java 語言提供了兩個關鍵字：synchronized 和 volatile。
Synchronized 有兩個重要含義：它確保了一次只有一個線程可以執行代碼的受保護部分（互斥，mutual exclusion 或者說 mutex），而且它確保了一個線程更改的數據對于其它線程是可見的（更改的可見性）。
如果沒有同步，數據很容易就處于不一致狀態。例如，如果一個線程正在更新兩個相關值（比如，粒子的位置和速率），而另一個線程正在讀取這兩個值，有可能在第一個線程只寫了一個值，還沒有寫另一個值的時候，調度第二個線程運行，這樣它就會看到一個舊值和一個新值。同步讓我們可以定義必須原子地運行的代碼塊，這樣對于其他線程而言，它們要么都執行，要么都不執行。
同步的原子執行或互斥方面類似于其它操作環境中的臨界段的概念。
同步可以讓我們確保線程看到一致的內存視圖。
處理器可以使用高速緩存加速對內存的訪問（或者編譯器可以將值存儲到寄存器中以便進行更快的訪問）。在一些多處理器體系結構上，如果在一個處理器的高速緩存中修改了內存位置，沒有必要讓其它處理器看到這一修改，直到刷新了寫入器的高速緩存并且使讀取器的高速緩存無效。
這表示在這樣的系統上，對于同一變量，在兩個不同處理器上執行的兩個線程可能會看到兩個不同的值！這聽起來很嚇人，但它卻很常見。它只是表示在訪問其它線程使用或修改的數據時，必須遵循某些規則。
Volatile 比同步更簡單，只適合于控制對基本變量（整數、布爾變量等）的單個實例的訪問。當一個變量被聲明成 volatile，任何對該變量的寫操作都會繞過高速緩存，直接寫入主內存，而任何對該變量的讀取也都繞過高速緩存，直接取自主內存。這表示所有線程在任何時候看到的 volatile 變量值都相同。
如果沒有正確的同步，線程可能會看到舊的變量值，或者引起其它形式的數據損壞。
使用 synchronized 塊可以讓您將一組相關更新作為一個集合來執行，而不必擔心其它線程中斷或看到計算的中間結果。以下示例代碼將打印“1 0”或“0 1”。如果沒有同步，它還會打印“1 1”（或“0 0”，隨便您信不信）。
public class SyncExample {
private static lockObject = new Object();
private static class Thread1 extends Thread {
public void run() {
synchronized (lockObject) {
x = y = 0;
System.out.println(x);
}
}
}
private static class Thread2 extends Thread {
public void run() {
synchronized (lockObject) {
x = y = 1;
System.out.println(y);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
new Thread1().run();
new Thread2().run();
}
}
在這兩個線程中都必須使用同步，以便使這個程序正確工作。
Volatile 對于確保每個線程看到最新的變量值非常有用，但有時我們需要保護比較大的代碼片段，如涉及更新多個變量的片段。
同步使用監控器（monitor）或鎖的概念，以協調對特定代碼塊的訪問。
每個 Java 對象都有一個相關的鎖。同一時間只能有一個線程持有 Java 鎖。當線程進入 synchronized 代碼塊時，線程會阻塞并等待，直到鎖可用，當它可用時，就會獲得這個鎖，然后執行代碼塊。當控制退出受保護的代碼塊時，即到達了代碼塊末尾或者拋出了沒有在 synchronized 塊中捕獲的異常時，它就會釋放該鎖。
這樣，每次只有一個線程可以執行受給定監控器保護的代碼塊。從其它線程的角度看，該代碼塊可以看作是原子的，它要么全部執行，要么根本不執行。