Volatile和synchronized是Java并发编程中常用的两种机制，用于解决多线程程序中的可见性问题、有序性问题和原子性问题。Volatile主要用于解决变量的可见性和部分有序性问题，而synchronized则旨在解决所有这三大问题。具体来说，volatile变量可以确保线程可以看到共享变量的最新值，但它并不涉及线程间的同步或者说是锁的概念。相比之下，synchronized不仅可以确保可见性和有序性，还能保证操作的原子性。
首先，来详细展开volatile的特性和应用：volatile是一种轻量级的同步机制，它主要用于确保线程能够自动地感知其他线程对共享变量修改后的最新值。当一个共享变量被volatile修饰后，任何写入该变量的操作都将立即同步到主内存中，同时，每次使用该变量时都会从主内存中读取。这就确保了变量在各个线程中是可见的。然而，volatile不能保证复合操作的原子性，比如count++操作。因为这种操作实质上包含了读取-修改-写入这三个步骤，而volatile只能保证每一个步骤取的值是最新的，却不能保证这三个步骤是一个不可分割的整体。
一、VOLATILE的关键特性
volatile关键字的主要特性是可见性和部分有序性。它确保对变量的更新操作对其他线程立即可见，这是通过在每次访问变量时都从主内存中刷新变量值来实现的。此外，volatile还可以阻止指令重排序，保证了代码的执行顺序与程序代码的顺序相同。但是，需要注意的是，volatile变量的操作不是原子性的。这意味着像++这样的复合操作无法保证原子性。
使用volatile的一个典型场景是检查某一状态的标志。例如，在一个线程中设置一个布尔型volatile变量isRunning为true来控制另外一个线程中的循环。另一个线程会检查该变量，一旦该变量被设置为false，则循环中断。
二、SYNCHRONIZED的核心机制
synchronized关键字提供了锁的机制，可以同步方法或者代码块。不仅可以保证操作的原子性，还能保证操作的可见性和有序性。当一个线程访问synchronized同步代码块时，它会自动获取锁，而其他线程则需要等待直到锁被当前线程释放。这种机制确保了同一时刻，只有一个线程可以执行同步代码块内的代码。
synchronized的使用非常简单，它可以修饰方法或代码块。修饰方法时，对象实例上的锁被锁定；修饰静态方法时，类的Class对象被锁定；修饰代码块时，可以指定加锁的对象。在多线程环境下，synchronized保证了方法或代码块在执行过程中，同一时刻只有一个线程能够执行。
三、性能比较
在性能方面，由于synchronized是基于悲观锁（排他锁）的思想，它会引入线程切换和调度的成本，从而影响性能。与之相比，volatile则是一种非锁的同步机制，性能开销相对较低。但是，volatile无法解决复合操作的原子性问题，这在某些情况下可能会成为限制。因此，选择使用volatile还是synchronized，需要根据具体的使用场景和需求来定。
四、应用场景
在实际应用中，如果需要读写操作的原子性，推荐使用synchronized；如果仅需要保证变量的可见性，而没有复合操作，那么使用volatile可能是更好的选择。同时，也可以将这两种机制结合起来使用，以适应更复杂的并发场景。
五、总结
总体来讲，volatile适用于简单的同步问题，特别是标志位的控制；而synchronized则是一种更全面的同步解决方案，可以解决复杂的同步问题。理解它们之间的区别，对于编写高效、稳定的多线程程序至关重要。
相关问答FAQs：
1. 在多线程环境下，volatile和synchronized有什么不同？
虽然volatile和synchronized都用于在多线程环境下确保线程安全，但它们的实现方式和作用略有不同。
-
volatile关键字用于修饰变量，主要有两个作用：1）保证被修饰变量的可见性，即当一个线程修改了该变量时，其他线程能立即看到最新的值；2）禁止指令重排序优化，即保证 volatile 变量与其它指令不会被重排序。然而，volatile并不能保证原子性，即不适用于要求多个操作必须作为一个不可分割的整体来执行的情况。
-
synchronized关键字用于修饰方法或代码块，主要有以下作用：1）确保同一时刻只有一个线程可以执行被synchronized修饰的代码，即实现了互斥性；2）保证线程在释放锁之前，将变更后的值刷新到主内存中，以保证可见性；3）确保对被synchronized修饰的代码的顺序执行，即屏蔽指令重排序的优化。
因此，volatile适用于变量的读写操作较为简单，不要求原子性的场景；而synchronized更适用于复杂的线程协作和对数据进行原子性操作的场景。
2. volatile和synchronized在性能方面有什么差异？
在性能方面，volatile的开销通常比synchronized低。volatile只保证可见性和禁止重排序，不会引起线程的阻塞与上下文切换，因此适合于一些读取频繁、写入较少的场景。
而synchronized则会引起线程的上下文切换和阻塞，这可能会带来较大的性能开销。因此，在性能要求较高的场景中，应尽量使用volatile来替代synchronized，除非需要确保数据操作的原子性以及复杂的线程协作。
3. volatile和synchronized在数据可见性方面有什么区别？
volatile关键字主要用于保证被修饰变量在多个线程中的可见性，即一个线程修改了变量的值，其他线程能立即看到最新的值。volatile通过在变量的读写操作前后加入内存屏障来实现这种可见性的保证。
而synchronized关键字不仅可以保证可见性，还能确保线程在释放锁之前，将变更后的值刷新到主内存中。这是因为synchronized实现了互斥性，只有获得锁的线程才能修改变量的值，其他线程在获取锁之前读取变量的值时，会先从主内存中刷新最新的值。因此，synchronized在数据可见性方面要比volatile更加严格和全面。
