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介绍

当涉及IO读/写时，多线程可以提高应用程序性能。不幸的是，共享资源（共享变量）在每个CPU缓存中可以有不同的版本。结果是应用程序的行为无法预测。Java提供了synchronized关键字，以便在CPU的缓存中保持共享资源的一致性。不幸的是，synchronized关键字会降低应用程序的速度。

我使用JMH作为AverageTime模式的微基准，它意味着基准测试的结果是每个测试用例的平均运行时间，更低的输出更好。您可以在此链接中找到有关微基准的更多信息。

为什么同步减速应用程序？

当线程被锁定并开始执行同步块中的指令时，所有其他线程将被阻塞并变为空闲。将存储这些线程的执行上下文（CPU缓存，指令集，堆栈指针...），并且将恢复其他活动线程的执行上下文以恢复计算。它被称为上下文切换，需要系统的大量工作。任务调度程序还必须运行以选择将加载哪个线程。

volatile关键字

volatile关键字只是做了一些事情：告诉CPU从主内存读取资源的值，而不是CPU的缓存; 在每次后续读取该字段之前发生对易失性字段的写入。 易失性永远不会比同步具有更高volatile的开销，synchronized如果synchronized块只有一个操作，则具有相同的开销。

volatile如果只有一个写线程，关键字效果很好。如果有2个或更多写入线程，将发生竞争条件：所有写入线程获取最新版本的变量，在其自己的CPU上修改值，然后写入主存储器。结果是内存中的数据只是一个线程的输出，其他线程的修改被覆盖。

包java.util.concurrent

Doug Lea在创建和改进这个软件包时做了很棒的工作。这个包有很多用于管理线程的工具，还包含一些线程安全的数据结构。这些数据结构也在使用synchronized和volatile引导下，但是以复杂的方式，您可以获得比编写自己的代码更好的性能。

ConcurrentHashMap“遵循与”相同的功能规范Hashtable“，并为您提供线程安全的优势。

AtomicInteger和其他类似的类使用volatile和Unsafe.compareAndSwapInt。AtomicInteger可以调用忙等待，这意味着线程总是检查条件执行。此线程什么也不做，但任务调度程序无法检测到此检查并认为此线程正忙，因此任务调度程序无法将CPU带到另一个准备执行的线程。如果条件可以在几个CPU时钟之后存档，那么繁忙等待很有效。我们可以在基准测试结果中看到同步不稳定。

锁

Lock具有比synchronized您更灵活的功能，您可以使用tryLock()特定时间等待，或者可以确保最长等待线程获得具有公平性选项的锁定。但synchronized关键字可以保证执行顺序和数据新鲜度，源代码synchronized也很简单。Lock将是一个噩梦，如果一个初级开发者忘记调用unlock()或不投入unlock()的finally块。

我使用不同数量的线程进行基准测试：从2个线程到64个线程。我们可以看到同步工作比具有2个线程的ReentrantLock好得多，但在具有64个线程的情况下，ReentrantLock具有更好的性能。

不可变对象

这个想法很简单，如果一个对象永远不会改变值，那么它是线程安全的。但是存在一个问题，每次要更改某些值时都必须创建一个新对象，因此GC过热。有些库可以使不可变对象更容易处理，比如https://immutables.github.io。

结论

使用synchronized关键字可以轻松地在线程之间共享资源，但它可能导致全世界的等待并使您的应用程序变慢。其他简单的技术也可以存档线程安全，但速度快synchronized。

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