Java内存模型中的volatile和synchronized关键字

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volatile关键字：

• volatile关键字有两个作用：保证可见性和禁止指令重排序。
• 保证可见性：当一个变量被volatile修饰时，它会被保证对所有线程的可见性。也就是说，当一个线程修改了这个变量的值，其他线程可以立即看到修改后的值，而不是使用缓存中的旧值。
• 禁止指令重排序：当代码执行时，JVM为了优化，可能会对指令进行重排序。而有时候，这种重排序可能会导致程序出现错误。当一个变量被volatile修饰后，JVM会禁止对其进行指令重排序，从而保证程序的正确性。
• 举例：假设有两个线程，一个线程负责写入变量，另一个线程负责读取变量。如果没有使用volatile关键字修饰变量，那么读取线程可能会一直读取缓存中的旧值，而写入线程可能会将新值一直保存在CPU的寄存器中，不会及时刷回内存。但是，如果使用volatile关键字修饰变量，那么写入线程修改变量的值后，会立即刷回到内存，而读取线程读取变量时，会从内存中获取最新的值，从而保证了可见性。

synchronized关键字：

• synchronized关键字用于实现多线程之间的同步。通过加锁和释放锁的机制，确保在同一时间只有一个线程可以访问被Synchronized修饰的方法或代码块。
• 根据使用方式的不同，可以分成两种情况：
  • 对象锁：当synchronized修饰一个普通方法或代码块时，使用的是对象级别的锁。在同一时间内，只有一个线程可以访问这个对象的被Synchronized修饰的方法或代码块。
  • 类锁：当synchronized修饰一个静态方法或代码块时，使用的是类级别的锁。在同一时间内，只有一个线程可以访问这个类的被Synchronized修饰的静态方法或代码块。
• 举例：假设有一个共享资源counter和两个线程同时对其进行操作。如果不使用synchronized关键字进行同步，可能会导致并发问题，如数据不一致。但是，如果使用Synchronized关键字对操作counter的方法或代码块进行同步，可以确保在任意时间点只有一个线程在操作counter，从而避免了并发问题。

例如：

public class Counter {
    private int counter = 0;
  
    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }
  
    public synchronized void decrement() {
        counter--;
    }
  
    public int getCounter() {
        return counter;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Counter counter = new Counter();
  
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });
  
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                counter.decrement();
            }
        });
  
        t1.start();
        t2.start();
  
        try {
            t1.join();
            t2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
  
        System.out.println(counter.getCounter()); // 输出结果为0
    }
}

这个例子中，counter是一个共享资源，初始值为0。线程t1负责递增counter的值，线程t2负责递减counter的值。通过synchronized关键字对increment()和decrement()方法进行同步，保证在任意时间点只有一个线程可以访问这两个方法，避免了并发问题。最终输出结果为0。