java 保留字段volatile、transient、native、synchronized

时间：2022-10-06 19:01:40

1、volatile

Java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

有序性：

　　Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义，synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的，此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行执行。

在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制

当对非volatile 变量进行读写的时候，每个线程先从内存拷贝变量到CPU缓存中。如果计算机有多个CPU，每个线程可能在不同的CPU上被处理，这意味着每个线程可以拷贝到不同的 CPU cache 中。

　　而声明变量是 volatile 的，JVM 保证了每次读变量都从内存中读，跳过 CPU cache 这一步。

当一个变量定义为 volatile 之后，将具备两种特性：

　　1.保证此变量对所有的线程的可见性，这里的“可见性”，当一个线程修改了这个变量的值，volatile 保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。但普通变量做不到这点，普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存（详见：Java内存模型）来完成。

　　2.禁止指令重排序优化。有volatile修饰的变量，赋值后多执行了一个“load addl $0x0, (%esp)”操作，这个操作相当于一个内存屏障（指令重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置），只有一个CPU访问内存时，并不需要内存屏障；（什么是指令重排序：是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理）。

volatile 性能：

　　volatile 的读性能消耗与普通变量几乎相同，但是写操作稍慢，因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生乱序执行。

2、native

    用native修饰的是一种特殊的方法，一般用来声明用其他语言编写的方法体并具体实现方法功能。由于native的方法使用其他语言在外部编写，因此native方法没有方法体，而使用一个“；”代替。在Java语言中采用其他语言编写的模块作为类方法可以充分利用已有的程序功能模块，避免重复工作和提高程序的安全性、准确性。要注意的是，native方法模块中是以非字节码形式嵌入到Java程序之中，而这种二进制代码只能运行在编译生成它的平台上，所以Java的跨平台将受到破坏，除非native引入代码也具有跨平台性，因此使用这类方法要小心。

native关键字说明其修饰的方法是一个原生态方法，方法对应的实现不是在当前文件，而是在用其他语言（如C和C++）实现的文件中。Java语言本身不能对操作系统底层进行访问和操作，但是可以通过JNI接口调用其他语言来实现对底层的访问。JNI是Java本机接口（Java Native Interface），是一个本机编程接口，它是Java软件开发工具箱（java Software Development Kit，SDK）的一部分。JNI允许Java代码使用以其他语言编写的代码和代码库。Invocation API（JNI的一部分）可以用来将Java虚拟机（JVM）嵌入到本机应用程序中，从而允许程序员从本机代码内部调用Java代码。

native用法：

1.编写带有native声明的方法的Java类（java文件）
2.使用javac命令编译编写的Java类（class文件）
3.使用javah -jni ****来生成后缀名为.h的头文件（.h的文件）
4.使用其他语言（C、C++）实现本地方法
5.将本地方法编写的文件生成动态链接库（dll文件）

案例

1.java文件

class HelloWorld{

    public native void hello(String name);

    static{

            System.loadLibrary("hello");

        }

    public static void main(String[] args){

        new HelloWorld().hello("jni");

    }

}

2.javac命令编译

 javac HelloWorld.java

3.生成.h文件 （注意 javah HelloWorld 后边不跟.class）

javah -jni HelloWorld

文件内容

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */

#include <jni.h>

/* Header for class HelloWorld */

#ifndef _Included_HelloWorld

#define _Included_HelloWorld

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

/*

 * Class:     HelloWorld

 * Method:    hello

 * Signature: (Ljava/lang/String;)V

 */

JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_hello

  (JNIEnv *, jobject, jstring);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

#endif

4.实现本地方法

 #include <jni.h>

    #include "HelloWorld.h"

    #include <stdio.h>

    JNIEXPORT void JNICALL Java_HelloWorld_hello(JNIEnv *env,jobject obj, jstring name){

        const char *str;

        str = (*env)->GetStringUTFChars(env, name, NULL);

        if (str == NULL) {

            return;

        } 

        printf("Hello World! %s \n", str );

        return;

    }

5.生成动态链接库（二选一）

cl -I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32 -LD HelloWorldImp.c -Fehello.dll

gcc -m64  -Wl,--add-stdcall-alias -I"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\include" -I"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\include\win32" -shared -o hello.dll hello.c

注意：生成的dll文件名在选项-Fe后面配置，这里是hello，因为在HelloWorld.java文件中我们loadLibary的时候使用的名字是hello。当然这里修改之后那里也需要修改。另外需要将-I%java_home%\include -I%java_home%\include\win32参数加上，因为在第四步里面编写本地方法的时候引入了jni.h文件。

3、transient

Java中transient关键字的作用，简单地说，就是让某些被修饰的成员属性变量不被序列化，这一看好像很好理解，就是不被序列化，那么什么情况下，一个对象的某些字段不需要被序列化呢？如果有如下情况，可以考虑使用关键字transient修饰：

PS，记得之前看HashMap源码的时候，发现有个字段是用transient修饰的，我觉得还是有道理的，确实没必要对这个modCount字段进行序列化，因为没有意义，modCount主要用于判断HashMap是否被修改（像put、remove操作的时候，modCount都会自增），对于这种变量，一开始可以为任何值，0当然也是可以（new出来、反序列化出来、或者克隆clone出来的时候都是为0的），没必要持久化其值。

4、synchronized

如果使用synchronized修饰一个类方法，那么在调用执行前，将把系统类中对应的当前类对象加锁。如果用synchronized修饰一个对象方法，那么在调用执行前，将把当前对象加锁。synchronized主要用于多线程共存的程序中线程的协调与同步。

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