java面试题-深入理解Java中synchronized和volatile关键字的作用

在Java多线程编程中，synchronized和volatile关键字是处理并发访问的重要工具。本文将深入讨论这两个关键字的作用、区别以及如何正确使用它们来确保线程安全性，并提供相应的代码演示。

1. volatile关键字的作用

volatile关键字主要用于两个方面：

1.1 可见性

当一个共享变量被volatile修饰后，保证了不同线程对该变量进行操作时的可见性。换句话说，当一个线程修改了该变量的值，新值对其他线程来说是立即可见的，而不会出现线程间的数据不一致问题。

1.2 禁止指令重排序

volatile关键字还禁止了指令重排序，确保了操作的有序性。这就意味着volatile变量的读写操作不会被重排序，保证了线程按照代码顺序执行。

public class VolatileExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void setFlag() {
        flag = true;
    }

    public void printFlag() {
        while (!flag) {
            // Busy-waiting
        }
        System.out.println("Flag is true!");
    }
}

2. synchronized关键字的作用

synchronized关键字用于保证多个线程对共享资源的互斥访问，它的作用有以下几个方面：

2.1 保证变量的修改可见性和原子性

synchronized关键字可以用于方法、代码块和静态方法，分别锁定对象实例、对象实例的代码块和类。通过synchronized，可以确保对变量的修改在多线程环境下是可见的，并且保证了对变量的原子性操作。

public class SynchronizedExample {
    private int counter = 0;

    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }
}

2.2 防止并发导致的数据不一致

synchronized关键字可以防止多个线程同时执行同步方法或同步代码块，从而避免了并发导致的数据不一致问题。

public class SynchronizedExample {
    private int counter = 0;

    public synchronized void increment() {
        counter++;
    }
}

3. 区别与使用场景

3.1 区别

volatile仅能使用在变量级别，而synchronized可以用于变量、方法和类级别。
volatile保证了变量的修改可见性，但不能保证原子性；而synchronized可以同时保证变量的修改可见性和原子性。
volatile不会造成线程阻塞，而synchronized可能会导致线程阻塞。
volatile标记的变量不会被编译器优化，而synchronized标记的变量可能会被编译器优化。

3.2 使用场景

当变量的写入操作不依赖于变量的当前值，或确保只有单个线程更新变量的值时，可以使用volatile。
当需要保证变量的修改可见性和原子性时，或存在复杂的同步需求时，应该使用synchronized。