Volatile关键字解读(三)

Java内存模型

前面讲解了内存模型的基本知识，本节主要对Java内存模型进行说明

　　在Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型（Java Memory Model，JMM）来屏蔽不同硬件和操作系统的差异性，保证在各个平台下对内存的访问和操作都是一致的，实现了跨平台的功能。

　　那么JMM的中心思想是什么呢？简单通俗的定义了指令执行的顺序，为了保证cup高效有序的运行，JMM并没有做太多的限制，所以同样的也会存在缓存不一致和和重新排序的问题。

那么Java对于原子性、可见性和有序性做了那些要求？

原子性

　　在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么不执行。

举个例子说明一下

int i = 1;
i++;
i = i + 1;
int j = i;

　　以上四个是Java简单的赋值和运算语句，其中只有第一个是原子性的，其它三个都不是，为什么呢？

　　i = 1 是直接将变量 i 赋值1后写入内存的

　　i++ 和 i=i+1 这两个其实执行了三步，首先从内存读取i的值，然后对i加1，最后在将i的值会刷到内存

　　j = i 首先从内存中读取i的值，然后赋值给j，然后在将j的值回写入内存，随时都是从内存中读取，写入内存，但两个合起来就不具备原子性了

　　总结一下就是，只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。

　　不过这里有一点需要注意：在32位平台下，对64位数据的读取和赋值是需要通过两个操作来完成的，不能保证其原子性。但是好像在最新的JDK中，JVM已经保证对64位数据的读取和赋值也是原子性操作了。

　　从上面可以看出，Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

可见性

　　Java提供了volatile关键字执行共享变量的可见性

　　

　　如果有线程修改了被volatile修饰的变量，那么该变量会将修改后的值立刻回写入内存，保证内存中的变量值是最新的

　　

　　对于普通变量来说，线程修改后的新值还是会存在高速缓存中，只有会写入内存后才能被其它线程看到

　　除了volatile关键字外，synchronized和lock也可以实现可见性，synchronized关键字修饰的代码块同一时间只能被一个线程使用，如果线程修改了代码块中的数据，也会立刻回写入内存中

有序性

　　在Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

　　在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”（具体原理在下一节讲述）。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。

　　另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

　　下面就来具体介绍下happens-before原则（先行发生原则）：

程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作

锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作

volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作

传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C

线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作

线程中断规则：对线程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

线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行

对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始

　　

　　这8条原则摘自《深入理解Java虚拟机》。

　　这8条规则中，前4条规则是比较重要的，后4条规则都是显而易见的。

　　下面我们来解释一下前4条规则：

　　对于程序次序规则来说，我的理解就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意，虽然这条规则中提到“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”，这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的，因为虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序，但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果一致的，它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此，在单个线程中，程序执行看起来是有序执行的，这一点要注意理解。事实上，这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性，但无法保证程序在多线程中执行的正确性。

　　第二条规则也比较容易理解，也就是说无论在单线程中还是多线程中，同一个锁如果出于被锁定的状态，那么必须先对锁进行了释放操作，后面才能继续进行lock操作。

　　第三条规则是一条比较重要的规则，也是后文将要重点讲述的内容。直观地解释就是，如果一个线程先去写一个变量，然后一个线程去进行读取，那么写入操作肯定会先行发生于读操作。

　　第四条规则实际上就是体现happens-before原则具备传递性。

参考信息来源：

http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html