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一、java内存模型

JMM（Java Memory Model），它定义了主存、工作内存的概念，底层同时对应着CPU的主存，缓存，寄存器，硬件等。

前面的文章简单提到过，如下图所示：

而JMM有以下几个重点：

原子性：线程上下文不会影响指令结果
可见性：CPU缓存不影响指令结果
有序性：CPU并行优化（指令重排序）不会影响指令结果

二、可见性

首先看如下的例子：

public class JMMTest {

    static Boolean state = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
           while(state){

           }
        },"t1").start();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        state = false;
    }
}

结果将导致t1线程无法停止，因为main方法修改成员变量state，对于线程t1是不可见的。

那么为什么会发生上述的问题？逐步分析一下：

主方法启动，静态变量state被加载到主内存当中，其值是true。
线程t1执行，从主内存加载state到线程私有内存（工作内存），值是true。
上述代码会不停的到主内存当中获取state值，所以JIT编译器（即时编译器）将state值缓存到自己的高速缓存当中。用以减少对主内存的访问。
当主线程在一秒后修改state为false时，修改的是主内存的值，而t1使用的是工作内存当中高速缓存中的值，所以仍然是true。

那么有什么解决方案呢？

使用volatile关键字。

volatile关键字可以修饰成员变量和静态变量。它能够使线程到主内存中获取值，避免去缓存当中取值。这就是可见性：

public class JMMTest {

    static volatile Boolean state = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
           while(state){

           }
        },"t1").start();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        state = false;
    }
}

注意：System.out.println将影响线程的可见性

如果代码如下所示：

public class JMMTest {

    static Boolean state = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(()->{
           while(state){
               System.out.println("t1运行中");
           }
        },"t1").start();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        state = false;
    }
}

将不会出现我们预想的无法停止的情况。

原因，我们看println的源码发现，使用了synchronized关键字。

我们在前面学习synchronized的时候，学习过Monitor（监视器或管程），重量级锁需要使用Monitor去存储对象头的信息，同时其中的Owner会记录当前持有锁的线程。有且只能有一个线程持有锁，知道其退出，才可以有其他线程持有。

同步不仅仅表示互斥：这点在前面学习synchronized时没有介绍，其同样具有可见性的语义。

其他线程持有Monitor时：
- 获取Monitor，本地缓存失效，重新从主内存加载数据。
线程退出Monitor时：
- 释放Monitor，将线程私有内存（即缓存）刷新到主内存

结论：synchronized 语句块既可以保证代码块的原子性，也同时保证代码块内变量的可见性。但缺点是synchronized 是属于重量级操作，性能相对更低。

经过以上简单解释，就能基本阐述这个问题的原因了。

三、原子性

这里不做过多解释，凡是涉及到多线程的地方都会有原子性的问题。

我们在前面文章学习的synchronized，就是通过互斥的线程同步方式，保证变量的原子性。

而在上一个小节提到的volatile关键字只能保证线程间的可见性，不能保证原子性。

除了synchronized之外，ReetrantLock、LockSupport等等可以保证原子性。

以及juc下面的很多类都是原子性的，后面的文章都会学到。

总而言之，java内存模型决定着，保证原子性是必要的也是必然的。

四、有序性

CPU（JVM）在不影响指令结果的前提下，会优化指令执行的顺序，但是在多线程的场景下，这有可能会造成问题，有些场景下我们是需要避免指令重排序的。

那么CPU为什么要做指令重排序优化呢？后面的文章会详解，本文只做入门理解。

如何禁止指令重排序？

答案同样是使用volatile，由此可见volatile的重要性

happens-before原则

关于有序性的内容，其实有一个很著名的原则：happens-before原则。

其规定了对共享变量的写操作对其它线程的读操作可见，它是可见性与有序性的一套规则总结，抛开happens-before 规则，JMM 并不能保证一个线程对共享变量的写，对于其它线程对该共享变量的读可见。

关于volatile的原理，在下一篇文章我会单独去讲解。

java并发编程（十三）java内存共享模型原理分析