Java并发(三) JMM与volatile关键字

　　JMM规定：多线程共享的变量存储在主存中，各线程拥有自己的工作内存，不能访问其他线程的工作内存。线程的工作内存存储主存中变量的副本。线程要操作主存中的共享变量，通过操作工作内存中的副本来实现，完成之后再同步回主存 。

并发编程中的三个问题：

• 原子性：操作是否完整一次执行完（中间是否会被打断）。
• 可见性：当多个线程访问同一个变量时，某一个线程修改变量值，其他线程能否立即看到该修改。在硬件层面，由于CPU高速缓存的使用，使得通常情况下的可见性不能得到保证。在JVM中，根据上述JMM规定，采用的线程工作内存和CPU高速缓存很相似，因此通常也不能得到保证。需要额外的方法，如锁和volatile关键字。
• 有序性：通常最终cpu执行的指令和代码顺序有较大的差别，有两个方面的原因：编译器的优化和CPU指令执行上的优化，导致乱序。在单线程中通常不会造成问题，但是多线程环境可能有问题。

在java中，对于上述三性的支持:
　　1. 只能保证对基本数据类型（除了long和double）的基本读取和赋值操作是原子的，其他类型不能保证原子性，需要synchronized和Lock来实现更大范围内的原子性。
　　2. 对可见性，volatile关键字提供支持，当对volatile关键字修饰变量进行修改时会将更新值刷新到主存，从而保证可见性。另外，通过synchronized和Lock方式当然可以保证可见性。
　　3. 有序性，volatile关键字保证了一定程度的“有序性”，使用synchronized和Lock保证多线程对同步代码块的序列化访问，当然保证了有序性。另外，JMM天然具备所谓的happens-before原则。包括：按照书写代码顺序执行原则-保证了在单线程下执行的正确性，即使在有指令优化的前提下；锁定规则-unlock先于lock操作；volatile关键字规则-volatile变量的写操作先于读操作；传递规则；etc.

volatile关键字
有两层语义：

• 当有线程修改volatile修饰的关键字时，该值会立即被更新到主存（保证可见性）；
• 一定程度上禁止指令重排。

这里的一定程度上禁止指令重排有两层含义：
1. 执行到volatile变量的读取或修改处时，前面的代码一定已经全部执行完毕，后面的部分一定还没有开始执行。
2. 指令重排时保证不会将volatile变量的读写的前面部分和后面的部分发生重排，但是前面部分之间的指令可以重排，后面的部分也是。

volatile的实现机制：

• 在对应的部分插入了lock指令，作为指令隔离墙，保证两边的指令不会交错排；
• 并强制变量更新到主存；
• 并使其他线程对应变量的缓存失效。

使用场景：
1. 状态标记 flag
2. 著名的double check模式，单例模式的实现中，在有volatile关键字的支持时，double check模式可以实现单例模式在并发环境中的线程安全。