В чем отличие volatile от synchronized?

В многопоточном программировании на Java ключевые слова volatile и synchronized решают разные, хотя и пересекающиеся, проблемы потокобезопасности. Их часто путают, но понимание различий критически важно для выбора правильного инструмента.

Ключевое слово volatile

Основная цель volatile — обеспечение видимости изменений переменной между потоками. Без этого модификатора потоки могут кэшировать значение переменной в локальной памяти (например, в регистрах процессора или кэше ядра), и изменение, сделанное одним потоком, может не сразу (или никогда) стать видимым для другого. Объявление переменной как volatile гарантирует, что чтение и запись будут происходить непосредственно в/из основной (shared) памяти, обеспечивая актуальность данных для всех потоков.

Однако volatile не гарантирует атомарность операций. Это означает, что операции вроде инкремента (i++), которые на самом деле являются чтением, изменением и записью, не будут защищены от вмешательства других потоков.

public class Example {
    private volatile int counter = 0;
    // НЕПРАВИЛЬНО! Инкремент не атомарен.
    public void increment() {
        counter++; // Чтение, увеличение, запись — возможна потеря обновлений.
    }
}

Ключевое слово synchronized

Модификатор synchronized используется для создания критических секций. Он обеспечивает и взаимное исключение (mutual exclusion), и видимость изменений. Когда поток входит в synchronized-блок или метод, он захватывает монитор объекта (или класса). Это гарантирует, что в данный момент времени только один поток может выполнять этот код. Кроме того, при выходе из synchronized-секции все изменения, сделанные в локальной памяти потока, сбрасываются в основную память, а при входе — значения переменных читаются из основной памяти. Это решает обе проблемы.

public class Example {
    private int counter = 0;
    // ПРАВИЛЬНО. Операция защищена.
    public synchronized void increment() {
        counter++; // Теперь атомарно и видимо.
    }
}

Когда что использовать?

• Используйте volatile для простых флагов состояния (boolean isRunning), переменных-счетчиков, которые только записываются одним потоком, или объектов, публикация которых происходит безопасно (например, ссылка на immutable-объект).
• Используйте synchronized (или более современные средства из пакета java.util.concurrent) когда вам нужна атомарность составных операций или защита доступа к общему изменяемому состоянию, которое читается и пишется несколькими потоками.

Вывод: volatile — это инструмент для обеспечения видимости, а synchronized — для обеспечения атомарности и взаимного исключения. Выбор зависит от того, нужно ли вам просто сообщить другим потокам об изменении значения или необходимо гарантировать, что последовательность операций будет выполнена без вмешательства извне.