一.内存模型：

• 每一个线程有一个工作内存，和主存是独立的。
• 工作内存存放主存重变量的值得拷贝

线程独享的工作内存和主存的关系，如下图：

image.png

1. 当数据从主内存复制到工作存储时，必须出现两个动作：第一，由主内存执行的读（read）操作；第二，由工作内存执行的相应的load操作；
2. 当数据从工作内存拷贝到主内存时，也出现两个操作：第一个，由工作内存执行的存储（store）操作；第二，由主内存执行的相应的写（write）操作。
3. 每一个操作都是原子的，即执行期间不会被中断，即read不会中断，但是read和load直接会有中断。
4. 对于普通变量，一个线程中更新的值，不能马上反应在其他变量中。如果需要在其他线程中立即可见，需要使用 volatile 关键字。

image.png

jmm控制共享变量和共享变量副本直接的拷贝，基于cpu优化的原因，会有一定程度的延迟。

二.原子性：

原子性是指一个操作是不可中断的。即使是在多个线程一起执行的时候，一个操作一旦开始，就不会被其他线程干扰。
i++是原子操作吗？
不是。i++由三个原子操作组成：

1. 线程私有内存从主存把i的值拷贝下来。
2. 执行i++操作。
3. 把i的值赋给主存。

三.可见性

可见性是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即知道这个修改。
– 编译器优化
– 硬件优化(如写吸收，批操作)

image.png

这幅图展示了发生可见性问题的一种可能。如果在CPU1和CPU2

volatile:
volatile修饰的变量，在主内存和线程私有内存直接拷贝不会有延迟。

public class VolatileStopThread extends  Thread {
    private volatile boolean stop=false;
    public void stepMe(){
        stop=true;
    }

    public void run(){
        int i=0;
        while (!stop){
            i++;
        }
        System.out.println("Stop thread");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        VolatileStopThread t=new VolatileStopThread();
        t.start();//子线程
        Thread.sleep(1000);
        t.stepMe();//主线程
        Thread.sleep(1000);
    }
}

volatile 不能代替锁

• 一般认为volatile比锁性能好（不绝对）
• 选择使用volatile的条件是：语义是否满足应用。
• 没有volatile -server运行 无法停止，因为VolatileStopThread只在线程的本地存储区查看stop的值。

• 可见性：一个线程修改了变量，其他线程可以立即知道。

• 保证可见性的方法：
  1. volatile
  2. synchronized(unlock之前，写变量值回主存)
  3. final（一旦初始化完成，其他线程就可见）。

四.有序性：

在并发时，程序的执行可能会出现乱序。
1.在本线程内，操作都是有序的。（不会破坏语义，所以看似有序）
2.在线程外观察，操作都是无序的。（造成原因：1.指令重排。2.主内存同步延迟--可见性）

class OrderExample {
int a = 0;
boolean flag = false;

public void writer() {
  a = 1;                   
  flag = true;           
}

public void reader() {
  if (flag) {                
      int i =  a +1;      
      ……
  }
}
}

线程A首先执行writer()方法
线程B线程接着执行reader()方法
线程B在int i=a+1 是不一定能看到a已经被赋值为1
因为在writer中，两句话顺序可能打乱:
线程A
flag=true
a=1

线程B
flag=true;在a = 1;之前执行。(此时a=0) 就是说flag=true;和a = 1;这两行很难预料谁先执行。

如何保证有序呢：加synchronized同步,同步后，即使做了writer重排，因为互斥的缘故，reader 线程看writer线程也是顺序执行的。

class OrderExample {
int a = 0;
boolean flag = false;

public synchronized void writer() {
    a = 1;                   
    flag = true;           
}

public synchronized void reader() {
    if (flag) {                
        int i =  a +1;      
        ……
    }
}
}

• 指令重排：编译器为了使性能优化，编译器会将代码指令的顺序进行调整。保证线程内串行语义，不保证多线程直接的语义。如：
  写后读 a=1;b=a; 写一个变量后，再读这个位置。
  写后写 a=1;a=2; 写一个变量后，再写这个变量
  读后写 a=b;b=1; 读一个变量后，再读这个变量。
  以上语句不能重排。
  编译器不考虑多线程间的语义。
  可重拍：a=1;b=2;

指令重排的基本原则：

• 程序顺序原则：一个线程内保证语义的串行性
• volatile规则：volatile变量的写，先发生于读
• 锁规则：解锁(unlock)必然发生在随后的加锁(lock)前
• 传递性：A指令先于B指令，B指令先于C指令 那么A指令必然先于C指令
• 线程的start方法先于它的每一个动作
• 线程的所有操作先于线程的终结（Thread.join()）
• 线程的中断（interrupt()）先于被中断线程的代码
• 对象的构造函数执行结束先于finalize()方法