Java内存模型、volatile关键字

Java内存模型

Java内存模型规定所有的变量都保存在主内存里，每个线程有自己的工作内存，每次对变量都操作都会将变量拷贝到工作内存，之后同步到主内存。

原子性、可见性、有序性

原子性：在Java中，对基本数据类型的读取和赋值是原子性操作，即不可拆分，要么一次执行，要么不执行
注意 ++操作不是原子操作
可见性：一个线程对某个变量的操作可以被其他线程立即可见，可见性需要主内存参与，因为线程每次都是从主内存取值。Java提供了volatile关键字满足这个特性，synchronized和Lock也可以满足，即同一时刻只有一个线程进入同步块，修改变量后退出同步块之前将当前值刷新到主内存。
有序性：Java内存模型允许编译器和处理器对指令重排序，这一点对单线程没有影响，但是会影响到多线程的正确执行，Java提供了volatile关键字通过禁止指令重排序满足有序性，synchronized和Lock也可以满足有序性。

Java有一些操作天然地满足有序性，称为"happens-before"原则（《深入理解Java虚拟机》）

• 程序次序规则：一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
• 锁定规则：解锁操作先行发生于对同一锁的加锁操作
• volatile规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于对这变量的读操作。
• 线程启动规则：Thread对象的start先行发生于该线程的其他操作。
• 线程终止规则：一个线程里的所有操作先行发生于该线程的终止检测
• 线程中断规则：线程的interrupt调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
• 对象终结规则：一个对象的初始化操作先行发生于该对象的finalize()的开始
• 传递规则：A先行于B，B先行于C，则A先行于C。

volatile关键字

volatile的语义：

• 一个线程对某个volatile变量的修改，对其他线程是立即可见的，即一个线程对volatile变量的修改要求强制刷新至主内存，而其他变量在读到volatile变量时强制从主内存读取
• volatile禁止指令重排序。
  1）对volatile变量的读或写操作，保证其前面的操作已经完成，且结果对后面可见，对volatile变量操作后面的操作还没有开始
  2）指令优化时，保证不将对volatile变量访问的语句放到后面执行，保证volatile变量后面的操作放到其前面
• volatile不保证原子性

volatile原理

“观察加入volatile关键字和没有加入volatile关键字时所生成的汇编代码发现，加入volatile关键字时，会多出一个lock前缀指令”–《深入理解Java虚拟机》
lock前缀指令相当于一个内存屏障，保证了以下几点：

• 确保指令重排序时将内存屏障后面的指令放到其前面，也不会把前面的指令放到其后面
• 强制将对缓存的修改刷新到主存
• 如果是写操作，将导致其他CPU对应的缓存无效