前言
在当今多核CPU的前景下，多线程运行成为了常见的提高CPU利用率的方法，但是与之而来的，还有大量的并发安全问题。那么什么是并发安全问题？在<<深入理解Java虚拟机>>中原文如下： 当多个线程访问同一个对象时，如果不用考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替运行，也不需要进行额外的同步，或者在调用方进行任何其他的协调操作，调用这个对象的行为都可以获取正确的结果，那这个对象是线程安全的。
如何理解？多个对象对操作共享变量作为并发问题的本质。举个例子，A和B一起读一本书，A读完留下了自己的书签，B从书签处开始读，再等到A读时，书签的位置已经变了。也就是出现了并发问题。
怎么解决这个问题呢？“只要B读完了和A说我读到xx位置不就行了？" 下文中，我将从JMM内存模型出发，分析线程间是如何沟通的。
JMM内存模型
由于CPU中的独立的高速缓存机制，为了平衡与主存的读写速度差异，线程每次读写完成后，先把结果存入自己的工作内存，并在某个时刻将工作内存的变量副本写回到主存中去。
线程A和线程B之间要完成通信的话，要经历如下两步：
- 线程A从主内存中将共享变量读入线程A的工作内存后并进行操作，之后将数据重新写回到主内存中；
- 线程B从主存中读取最新的共享变量
从横向去看看，线程A和线程B就好像通过共享变量在进行隐式通信。这其中有很有意思的问题，如果线程A更新后数据并没有及时写回到主存，而此时线程B读到的是过期的数据，这就出现了“脏读”现象。可以通过同步机制（控制不同线程间操作发生的相对顺序）来解决或者通过volatile关键字使得每次volatile变量都能够强制刷新到主存，从而对每个线程都是可见的。
重排序
一个好的内存模型实际上会放松对处理器和编译器规则的束缚，也就是说软件技术和硬件技术都为同一个目标而进行奋斗：在不改变程序执行结果的前提下，尽可能提高并行度。JMM对底层尽量减少约束，使其能够发挥自身优势。
一个典型的多线程指令重排异常实例可以是基于双重检查锁定（Double-Checked Locking）的单例模式。在早期的 Java 版本中，双重检查锁定被广泛用于实现延迟初始化的单例模式，但是由于指令重排可能导致单例对象未正确初始化的问题，这种实现方式已经被证明是不安全的。
以下是一个简化的示例，演示了双重检查锁定可能导致的问题：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { // 第二次检查
instance = new Singleton(); // 可能会发生指令重排问题
}
}
}
return instance;
}
}
在这个例子中，如果线程 A 进入了第一次检查并通过了条件，但是在完成第二次检查之前发生了指令重排，那么线程 B 可能会在第二次检查之前获取到未正确初始化的单例对象，从而导致程序出现异常。
为了解决这个问题，可以使用 volatile 关键字来确保 instance 变量的可见性，并且禁止指令重排。修改后的代码如下所示：
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // 第一次检查
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { // 第二次检查
instance = new Singleton(); // 使用 volatile 关键字确保安全发布
}
}
}
return instance;
}
}
通过使用 volatile 关键字，可以确保当 instance 被初始化时，所有线程都能立即看到它的值，从而避免了指令重排可能导致的问题。
面试官：讲一下volatile关键字吧
volatile的出现，解决了上述问题：
- 保证线程间变量的可见性。
- 禁止CPU进行指令重排序。
可见性
volatile修饰的变量，当一个线程改变了该变量的值，其他线程是立即可见的。普通变量则需要重新读取才能获得最新值。
volatile保证可见性的流程大概就是这个一个过程：
也就是说当主内存的共享变量被改变后，先失效其他线程的变量副本，再从主内存中读取最新值，保证了副本中变量值的一致性。
禁止指令重排序
首先要讲一下as-if-serial语义，不管怎么重排序，（单线程）程序的执行结果不能被改变。
为了使指令更加符合CPU的执行特性，最大限度的发挥机器的性能，提高程序的执行效率，只要程序的最终结果与它顺序化情况的结果相等，那么指令的执行顺序可以与代码逻辑顺序不一致，这个过程就叫做指令的重排序。
重排序的种类分为三种，分别是：编译器重排序，指令级并行的重排序，内存系统重排序。整个过程如下所示：
指令重排序在单线程是没有问题的，不会影响执行结果，而且还提高了性能。但是在多线程的环境下就不能保证一定不会影响执行结果了。
所以在多线程环境下，就需要禁止指令重排序。
总结
要学习并发编程，java内存模型是第一站。JUC包中有更多的并发设计，共通思想像是AQS中的设计也是操作共享变量。
