java内存可见性-synchronized和volatile

1. 基本概念

可见性：一个线程对共享变量值的修改，能够及时的被其它线程看到。

共享变量：如果一个变量在多个线程的工作内存中都存在副本，那么这个变量就是这几个线程的共享变量。

在Java内存模型（Java Memory Model）中描述了Java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取出变量这样的底层细节。

在这里，有2条规定： - 线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主存中读写 - 不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成

2. 共享变量可见性实现的原理

线程1对共享变量的修改，要想被线程2及时看到，必须要经过如下两个步骤：

步骤如下图所示： 1. 初始状态下，主内存中和所有线程的工作内存中的共享变量X的值都是0

2. 线程1更改工作线程1中X的副本值为1

3. 工作内存1将副本X的值刷新到主内存中

4. 主内存将最新的X的值1更新到工作内存2中

通过以上步骤，就保证了共享变量在不同线程的工作内存中的可见性。

3. synchronized实现内存可见性

3.1 synchronized能够实现：

3.2 JMM关于synchronized的两条规定：

线程解锁前对共享变量的修改在下次加锁时对其它线程可见

3.3 线程执行互斥代码的过程

4. 重排序

重排序：代码书写的顺序与实际执行的顺序不同，指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而做的优化

代码顺序是

重排序后，执行顺序可能是

5. as-if-serial语义

as-if-serial：无论如何重排序，程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一致（Java编译器、运行时和处理器都会保证Java在单线程下遵循as-if-serial语义）

单线程：语句1、2的顺序可以重排，但语句3不能 重排序不会给单线程带来内存可见性的问题 多线程中程序交错执行时，重排序可能造成内存可见性问题

6. volatile实现内存可见性

volatile关键字： - 能够保证volatile变量的可见性 - 不能保证volatile变量符合操作的原子性

6.1 volatile如何实现内存可见性

深入来说：通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现 - 对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令 - 对volatile变量执行读操作时，会在写操作后加入一条load屏障指令

通俗的讲：volatile变量在每次被线程访问时，都强迫从主内存中读取该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫线程将最新的值刷新到主内存中。这样任何时刻，不同的线程总能看到该变量的最新值

6.2 线程写volatile变量的过程

6.3 线程读volatile变量的过程

6.4 volatile不能保证volatile变量符合操作的原子性

number++ 包含如下三个步骤： 1. 读取number的值 2. 将number的值加1 3. 写入最新的number值

加入synchronized，变为原子操作

6.5 volatile的适用场合

要在多线程中安全地使用volatile变量，必须同时满足： 1. 对变量的写入操作不依赖于其当前值 - 如：number++、count = count * 5等 2. 该变量没有包含在具有其他变量的不变式中 - 如：不变式low

7. synchronized和volatile比较