Java內存模型和volatile關鍵字怎么掌握

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java內存模型(JMM)：

相關概念：
	1)在命令式編程中，線程之間的通信機制有兩種：共享內存和消息傳遞。
	2)java的并發采用的是共享內存模型：通過讀/寫內存中的公共狀態進行隱式通信。

概念：java線程之間的通信是由java內存模型控制的，JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。

說明：
	1>線程之間的共享變量存儲在主內存中，每個線程都有一個私有的工作內存，工作內存中存儲了該線程讀/寫共享變量的副本。
	2>工作內存是JMM的一個抽象概念，并不真實存在。它涵蓋了緩存、寫緩沖區、寄存器以及其他的硬件和編譯器優化。
	3>線程對變量的所有操作(讀取、賦值等)都必須在工作內存中進行，而不能直接讀寫主內存中的變量。
	4>不同的線程之間也無法直接訪問對方工作內存中的變量，線程間變量值的傳遞均需要通過主內存來完成。

volatile關鍵字：

相關概念:
	緩存行：緩存器中可以分配的最小存儲單位。
	L1緩存：內部緩存。
	L2緩存：外部緩存。

原理：
	1)為了提高處理速度，處理器不直接和內存進行通信，而是先將系統內存中的數據讀到緩存(L1、L2)后再進行操作，但操作完成后，處理器是不知道何時要把操作后的數據寫回到內存中。
	2)對volatile修飾的變量進行寫操作時，JVM會向處理器發送一條Lock前綴的指令，將這個變量所在緩存行(即JMM中的工作內存)的數據寫回到系統內存中，并且將其它CPU里緩存了該內存地址的數據無效。
	補充：
		1>對volatile修飾的變量進行寫操作(賦值)時，在JIT編譯器生成的匯編指令中，我們會發現有一個以Lock為前綴的指令。
		2>以Lock為前綴的指令在多核處理器下會引發了兩件事情：①將當前處理器緩存行的數據寫回到系統內存中 ②這個寫回內存的操作會導致其它CPU里緩存了該內存地址的數據無效。
	
	volatile的內存原語：
		當讀一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的工作內存置為無效，線程接下來將從主內存中讀取共享變量。
		當寫一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的工作內存中的共享變量值刷新到主內存。
	即：
		1將本地內存中的數據設置為無效，  
		2從主內存中將數據復制到本地內存中，  
		3在本地內存中進行操作，  
		4操作完成后將本地內存中的數據刷新到主內存中。整體看起來就像是直接在主內存中操作一樣。  
		
	
說明：
	用volatile修飾的變量如果被一個線程更改了，那么其它的線程都會立即感知，并且每個線程獲取該變量的值都是最新的值，訪問volatile修飾的變量看起來就像是直接在內存中讀寫一樣。
	
特性：
	可見性：對一個volatile變量的讀，(任意線程)總是能看到對這個volatile變量最后的寫入。
	原子性：對一個volatile變量的讀/寫具有原子性，但類似于volatile++這種復合操作不具有原子性。			

優點：
	不會引起線程上下文的切換

	
volatile與synchronized的比較：
	1)關鍵字volatile只能修飾變量，synchronized可以修飾代碼塊、方法
	2)volatile不能保證原子性，synchronized保證原子性：
		volatile可以保證數據的可見性，但是不能保證原子性，所以volatile解決的是變量在多線程之間的可見性；
		synchronized可以保證原子性，也保證了可見性(synchronized會將私有內存和公共內存中的數據做同步)，所以synchronized解決的是多線程之間訪問資源的同步性。

重排序：

說明：在執行程序時，為了提高性能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序。

重排序分2種類型：

	1)編譯器重排序：編譯器在不改變單線程程序語義的前提下，可以重新安排語句的執行順序。
	2)處理器重排序：
		1>指令級并行的重排序：現代處理器采用了指令級并行技術來將多條指令重疊執行。如果不存在數據依賴性，處理器可以改變語句對應機器指令的執行順序。
		2>內存系統的重排序：  由于處理器使用緩存和讀/寫緩沖區，這使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執行。


JMM如何實現volatile寫/讀的內存語義：

	1)JMM針對編譯器制定的volatile重排序規則：
	
		兩個操作間重排序的條件：
			1>當第一個操作是volatile讀，不管第二個操作是什么，都不能重排序。這個規則確保volatile讀之后的操作不會被編譯器重排序到volatile讀之前。
			2>當第二個操作是volatile寫，不管第一個操作是什么，都不能重排序。這個規則確保volatile寫之前的操作不會被編譯器重排序到volatile寫之后。
			3>當第一個操作是volatile寫，第二個操作是volatile讀時，不能重排序。
		
			由以上3點可以得出結論：兩個volatile變量操作不能夠進行重排序。
		
	2)為了實現volatile的內存語義，編譯器在生成字節碼時，會在指令序列中插入內存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。(內存屏障：將前面操作的共享變量值刷新到主內存中。)

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