计算机硬件存储系统
因为有这么多级的缓存（cpu和物理主内存的速度不一致）
CPU的运行并不是直接操作内存而是把内存里边的数据读取到缓存，而内存的读和写操作的时候就会造成不一致的问题
JVM规范中试图定义一种Java的内存模型（java Memory Model，简称JMM）来屏蔽 各种硬件 和 操作系统的内存 访问差异，以实现java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果
所以，推导处我们需要知道JMM
JMM学术定义
JMM(Java内存模型Java Memory Model，简称JMM)本身是一种抽象的概念，并不真实存在，它仅仅描述的是一组约定和规范，通过这组规范定义了程序中（尤其是多线程）各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的何时写入以及如何变成对另一个线程可见，关键技术点都是围绕 **原子性、可见性和有序性 **展开的
原则：
JMM的关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的
能干嘛？
- 通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系
- 屏蔽各硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果
JMM三大特性
可见性，原子性，有序性（指令重排序）
可见性
是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能立即感知变更，JMM规定了所有的变量都存在主内存中
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系统主内存 共享变量 数据修改被写入的时机是不确定的，多线程并发下很可能出现脏读（可见性的不足），所以每个线程都有自己的工作内存，线程自己的工作内存中保存了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）都必须在线程自己的工作内存中进行，而不能够直接读取主内存中的变量。不同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
原子性
加锁
有序性 
是什么
对于一个线程的执行代码而言，我们总是习惯性认为代码的执行总是从上到下，有序执行。但为了提升性能，编译器和处理器通常会对指令序列进行 重新排序。java规范规定JVM线程内部维持顺序化语义。即只要程序的最终结果与他顺序化执行的结果相等，那么指令的执行顺序可以与代码的顺序 不一致，此过程叫做指令的重排序
优缺点
JVM能根据处理器的特性（CPU多级缓存系统、多核处理器等）适当的对机器指令重排序，使机器指令更符合CPU的执行特性，最大限度的发挥机器性能。但是，
指令重排 可以保证串行化语义一致，但没有义务保证多线程的语义也一致（级可能产生脏读），简单说
两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条，不见得是从上到下顺序执行，执行顺序会被优化
单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。
处理器在进行重排序是必须考虑 指令之间的数据依赖性
多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测
多线程对变量的读写过程
由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存（有些地方成为栈空间），工作内存是每个线程的私有数据区域，而java内存模型中规定所有变量都存在 主内存，主内存是共享区域，所有线程都是可以访问的，但是线程对变量的操作必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存拷贝到线程自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后在将变量写回主内存，不能直接访问主内存变量，各个线程的工作内存中存储着主内存的变量副本拷贝，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间 通信必须通过主内存来完成
多线程先行发生原则之happens-before
在JMM中，
如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见性
或者 代码重排序，那么这两个操作之间必须存在 happens-before（先行发生）原则。
逻辑上的先后关系
如果java内存模型中所有的有序性仅靠volatile和synchronized来完成，那么很多操作将会变得非常啰嗦
但是我们在编写Java并发代码的时候并没有察觉到这一点
我们没有实时、处处、次次 添加volatile和synchronized来完成程序，这是因为java语言中JMM原则下
有一个”先行发生原则“（Happens-Before）的原则限制和规矩，给你立好了规矩
这个原则非常重要：
他是判断数据是否存在竞争，线程是否安全的非常有用的手段。依赖这个原则，我们可以通过几条简单地规则一揽子解决并发环境下 两操作之间可能存在冲突的所有问题 而不需要陷入java内存模型苦涩难懂的的底层编译原理中。
总原则
- 如果一个操作 happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前
- 如果两操作之间存在happens-before关系，并不意味着一定要按照happens-before原则指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果与按照happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法
先行发生 8 原则
-
次序排序
-
锁定排序
-
volatile变量规则
对于一个volatile变量的写操作先行发生与后面对这个变量的读操作，前面的写对后面的读是可见的，这里的后面 同样是指时间上的先后
-
传递规则
-
线程启动规则（Thread Start Rule）
Thread对象的start（）方法先行发生于此线程的每一个动作
-
线程中断操作规则（Thread Interruption Rule）
对于线程interrupt（）方法的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
可以通过Thread.interrupted（）检测到是否发生中断
也就是说你要先调用interrupt（）方法设置中断标志位，我才能检测到中断发生
-
线程终止规则
线程的所有操作都先行发生于此线程的终止检测，我们可以通过isAlive()等手段检测线程是否已经终止
-
对象终结规则
一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生于他的finalize（）方法的开始
就是说，对象没有初始化之前，是不能调用finalized（）方法的
总结
在Java语言中，Happens-Before的语义本质上是一种可见性
A Happens-Before B意味着A发生过的事情对B来说是可见的，无论A事件和B事件是否发生在同一个线程里
JMM设计分为两部分：
一部分是面向我们程序员提供的，也就是Happens-Before规则，他通俗移动的向我们程序员阐述了一个强内存模型，我们只要理解happens-before规则，就可以编写并发安全的程序了
另一部分是针对JVM实现的，为了尽可能少的对编译器和处理器做约束从而提高性能，JMM在不影响程序执行结果的前提下对其不做要求，即允许优化重排序。我们只需要关注前者就好了，也就是理解happens-before规则即可，其他繁杂的内容有JMM规范结合操作系统给我们搞定，我们只写好代码即可
Volatile 与 JMM
修饰变量：保证可见性，有序性（不交给编译器）
当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值立即刷新回主内存中
当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存设置为无效，重新回到主内存中读取最新共享变量
所以 volatile 的 写内存语义直接刷新到主内存 ，读的内存语义直接从主内存读取
内存屏障
内存屏障（也称为内存栅栏，屏障指令等，是一类同步屏障指令，是Cpu或编译器在对内存随机访问的操作中的一个同步点，使得此点之前的所有读写操作都执行后才可以开始执行此点后的操作），避免代码重排序。内存屏障其实就是一种JVM指令，Java内存模型的重排规则会要求Java编译器在省城JVM指令时插入特定的内存屏障指令，通过这些内存屏障指令，volatile实现了Java内存模型中的可见性和有序性（禁重排），单volatile无法保证原子性
内存屏障之前的所有写操作都要写回主内存
内存屏障之后的所有读操作都能获得内存屏障之前的所有写操作的最新结果（实现可见性）
写屏障（Store Memory Barrier）：告诉处理器在写屏障之前将所有存储在缓存（store bufferes）中的数据同步到主内存。也就是说当看到Store屏障指令，就必须吧该指令之前所有写入指令执行完毕才能继续往下执行
读屏障（Load Memory Barrier）：处理器在读屏障之后的读操作，都在读屏障之后执行。也就是说在Load屏障指令之后就能保证后面的读取数据指令一定能够读取到最新的数据
因此重排序是，不允许把内存屏障之后的指令重排序到内存屏障之前。一句话：对一个volatile变量的写，先行发生于任意后续对这个volatile变量的读，也叫写后读
粗分2种：
读屏障（Load Barrier），在读指令之前插入读屏障，让工作或CPU高速缓存当中的缓存数据失效，重新回到主内存获取到最新数据
写屏障（Store Barrier），在写指令之后插入写屏障，强制把写缓冲区的数据刷回到主内存中
细分4种：
可见性代码
public class Thread2 {
static volatile boolean flag = true;
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("... come in");
while (flag) {
}
System.out.println("退出程序");
}
}, "t1");
t1.start();
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
;
flag=false;
System.out.println("main");
}
}
volatile不保证原子性
public class Thread2 {
static volatile int num = 0;
static /*synchronized*/ void add() {
num++;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int j = 0; j < 1000; j++) {
add();
}
}
}).start();
}
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(num);
}
}
volatile场景
- 单一赋值可以，复合运算赋值不可以（i++）
- 状态标志
- 开销低的读，写锁策略
- DCL双端锁的发布
