线程内存详解：java内存模型详解——可见性实现

首先介绍一些两个定义：
原子性：

原子性就是指该操作是不可再分的。不论是多核还是单核，具有原子性的量，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作。简而言之，在整个操作过程中不会被线程调度器中断的操作，都可认为是原子性。比如 a = 1；

非原子性：

也就是整个过程中会出现线程调度器中断操作的现象

类似"a ++"这样的操作不具有原子性，因为它可能要经过以下两个步骤：

（1）取出 a 的值

（2）计算 a+1

可见性

如果有两个线程t1，t2在进行这样的操作。t1在第一步做完之后还没来得及加1操作就被线程调度器中断了，于是t2开始执行，t2执行完毕后t1开始执行第二步(此时t1中a的值可能还是旧值，不是一定的，只有线程t2中a的值没有及时更新到t1中才会出现)。这个时候就出现了错误，t2的操作相当于被忽略了

类似于a += 1这样的操作都不具有原子性。还有一种特殊情况，就是long跟double类型某些情况也不具有原子性，具体可参考：java中long和double类型操作的非原子性探究

Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型（Java Memory Model，JMM）来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。

Java内存模型的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则，即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节。
这里说的变量包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，不包括局部变量与方法参数，因为后者是线程私有的，不会共享，也就不存在竞争的问题。

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中，此外每条线程还有自己的工作内存（Working Memory）。

线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存中的变量。

并且，不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值得传递均需要通过主内存来完成，线程、主内存、工作内存关系如下图：

线程的working memory是cpu的寄存器和高速缓存的抽象描述：现在的计算机，cpu在计算的时候，并不总是从内存读取数据，它的数据读取顺序优先级 是：寄存器－高速缓存－内存。线程耗费的是CPU，线程计算的时候，原始的数据来自内存，在计算过程中，有些数据可能被频繁读取，这些数据被存储在寄存器和高速缓存中，当线程计算完后，这些缓存的数据在适当的时候应该写回内存。当多个线程同时读写某个内存数据时，就会产生多线程并发问题，涉及到三个特 性：原子性，有序性，可见性。 支持多线程的平台都会面临 这种问题，运行在多线程平台上支持多线程的语言应该提供解决该问题的方案。

JVM是一个虚拟的计算机，它也会面临多线程并发问题，java程序运行在java虚拟机平台上，java程序员不可能直接去控制底层线程对寄存器高速缓存内存之间的同步，那么java从语法层面，应该给开发人员提供一种解决方案，这个方案就是诸如 synchronized, volatile,锁机制（如同步块，就绪队 列，阻塞队列）等等。这些方案只是语法层面的，但我们要从本质上去理解它；

每个线程都有自己的执行空间(即工作内存)，线程执行的时候用到某变量，首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间，然后对变量进行操作：读取，修改，赋值等，这些均在工作内存完成，操作完成后再将变量写回主内存；

各个线程都从主内存中获取数据，线程之间数据是不可见的；打个比方：主内存变量A原始值为1，线程1从主内存取出变量A，修改A的值为2，在线程1未将变量A写回主内存的时候，线程2拿到变量A的值仍然为1；

这便引出“可见性”的概念：当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时，如果一个线程修改了这个共享变量的副本值，那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值，这就是多线程的可见性问题。

普通变量情况：如线程A修改了一个普通变量的值，然后向主内存进行写回，另外一条线程B在线程A回写完成了之后再从主内存进行读取操作，新变量的值才会对线程B可见；

工作内存和主内存的交互关系：

交互动作：
lock

（锁定）

作用于主内存变量，把一个变量标示为一条线程独占的状态
unlock

（解锁）

作用于主内存的变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
read

（读取）

作用于主内存的变量，把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
load

（载入）

作用于工作内存的变量，把read操作从主存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中
use

（使用）

作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作
assign

（赋值）

作用于工作内存的变量，把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作
store

（存储）

作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write操作使用
write

（写入）

作用于主内存的变量，把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中