阐述 volatile 和 synchronized 的区别以及底层原理

volatile 和 synchronized 的区别

1 核心定位

1. volatile ：变量修饰符，只保证可见性、禁止指令重排，不保证原子性
2. synchronized ：同步锁，保证可见性 + 禁止重排 + 原子性（互斥），可以修饰方法、代码块

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2 多维度对比

特性	volatile	synchronized
原子性	❌ 不保证，复合操作（i++）不安全	✅ 保证，同一时刻只有一个线程执行
可见性	✅ 强制刷新主存，变量修改立刻对其他线程可见	✅ 锁释放时刷新主存，也保证可见性
有序性（指令重排序）	✅ 禁止重排序	✅ 锁块内禁止越界重排序
作用对象	只能修饰成员变量	修饰方法 / 代码块，作用于对象锁
阻塞	不会阻塞线程	会阻塞，竞争不到锁线程等待
性能	开销很小，无锁	开销大，涉及锁竞争、内核态切换
适用场景	读多写少，状态标记位	多线程读写、计数、复合操作

2.1 volatile

重点：不保证原子性

i++ 分为三步：读i → +1 → 写回

volatile只能保证读到最新值，不能把三步打包成原子，多线程下依然会出现计数错误。

volatile int i = 0;
i++; // 线程不安全！

volatile典型使用场景：状态开关标记

volatile boolean stop = false;
//线程1
while(!stop){ ... }
//线程2修改stop=true，其他线程立刻感知

2.2 synchronized

• 底层：对象监视器monitor，加锁、解锁。
• 加锁：获取monitor，清空本地缓存，从主存读取变量。
• 释放锁：把本地缓存修改刷新回主存。
• 锁把整个代码块变成原子，多线程不会交错执行。

synchronized (obj){
    i++; // 线程安全
}

3 底层原理简述

1. volatile ：内存屏障（memory barrier）

   写volatile后插入写屏障，强制把CPU缓存数据刷回主内存（内存条RAM）；读volatile前插入读屏障，强制从主内存读取，阻止CPU指令重排。不加锁。

2. synchronized ：monitor锁

   偏向锁→轻量级锁（CAS）→重量级锁（操作系统互斥锁），有锁升级过程。既做互斥，又通过内存屏障保证可见性与重排序。

4 总结

volatile 是轻量级的，只解决可见性、禁止重排，不能保证原子性，适合布尔标记；
synchronized 是锁，原子、可见、防重排全包，会阻塞，适合复合读写操作。

5 常见坑

1. 不要用volatile做计数器 i++，结果错乱。
2. volatile不能修饰局部变量。
3. synchronized不仅加互斥锁，同样自带可见性，不需要再搭配volatile。