計算機系統(tǒng)的一致性
在現代計算機操作系統(tǒng)中舟茶，多任務處理幾乎是一項必備的功能馁蒂，因為嵌入了多核處理器鲤孵，計算機系統(tǒng)真正做到了同一時間執(zhí)行若干個任務用僧，是名副其實的多核系統(tǒng)结胀。在多核系統(tǒng)中，為了提升CPU與內存的交互效率责循，一般都設置了一層 “高速緩存區(qū)” 作為內存與處理器之間的緩沖糟港，使得CPU在運算的過程中直接從高速緩存區(qū)讀取數據，一定程度上解決了性能的問題院仿。但是着逐，這樣也帶來了一個新問題，就是“緩存一致性”的問題意蛀。比如耸别，多核的情況下，每個處理器都有自己的緩存區(qū)县钥，數據如何保持一致性秀姐。針對這個問題，現代的計算機系統(tǒng)引入多處理器的數據一致性的協(xié)議，包括MOSI坑质、Synapse账磺、Firely、DragonProtocol等蠢沿。
當處理器通過高速緩存區(qū)與主內存發(fā)生交互時，對數據的讀寫必須遵循協(xié)議規(guī)定的標準匾效，用一張關系圖表示的話大概如下：
而Java的內存模型 (JMM) 可以說與硬件的一致性模型很相似舷蟀，采用的是共享內存的線程通信機制。Java內存模型
Java內存模型規(guī)定了所有的變量都存儲在主內存中面哼，每個線程擁有自己的工作內存野宜，工作內存中保存了被該線程使用的變量的主內存副本拷貝，線程只能操作自己工作內存的變量副本魔策，操作完變量后會更新到主內存匈子，通過主內存來完成與其他線程間變量值的傳遞。此模型的交互關系如下圖所示：
然而闯袒，Java的內存模型只是反映了虛擬機內部的線程處理機制虎敦，并不保證程序本身的并發(fā)安全性游岳。舉一個例子，在程序中對一個共享變量做自增操作：
i++其徙；
假設初始化的時候i=0吭历，當跑到此程序時，線程首先從主內存讀取i的值擂橘，然后復制到自己的工作內存晌区，進行i++操作，最后將操作后的結果從工作內存復制到主內存中通贞。如果是兩個線程執(zhí)行i++的程序朗若，預期的結果是2。但真的是這樣嗎昌罩？答案是否定的哭懈。
假設線程1讀取主內存的i=0，復制到自己的工作內存茎用，在進行i++的操作后還沒來得及更新到主內存遣总，這時線程2也讀取i=0，做了同樣的操作轨功，那么最終得到的結果為1旭斥，而不是2。
這是典型的關于多線程并發(fā)安全例子古涧，也是Java并發(fā)編程中最值得探討的話題之一垂券，一般來說，處理這種問題有兩種手段：
加鎖羡滑，比如同步代碼塊的方式菇爪。保證同一時間只能有一個線程能執(zhí)行i++這條程序。
利用線程間的通信柒昏，比如使用對象的wait和notify方法來凳宙。
因為本文主要是探究 JMM 和 volatile 關鍵字的知識，具體怎么實現并發(fā)處理就不做深入探討了职祷，改天看看抽個時間再寫篇博文專門講解好了氏涩。
內存模型的3個重要特征
初步了解完什么是JMM后，我們來進一步了解它的重要特征堪旧。值得說明的是削葱，在Java多線程開發(fā)中，遵循著三個基本特性淳梦，分別是原子性、可見性和有序性昔字，而Java的內存模型正是圍繞著在并發(fā)過程中如何處理這三個特征建立的爆袍。
原子性
原子性是指操作是原子性的首繁，不可中斷的。舉個例子：
String s="abc";
這個操作是直接賦值陨囊，是原子性操作弦疮。而類似下面這段代碼就不是原子性了：
i++;當執(zhí)行i++時，需要先獲取i的值蜘醋，然后再執(zhí)行i+1胁塞，相當于包含了兩個操作，所以不是原子性压语。
可見性
可見性是指共享數據的時候啸罢，一個線程修改了數據，其他線程知道數據被修改胎食，會重新讀取最新的主存的數據扰才。就像前面說的兩個線程處理i++的問題，線程1改完后沒有更新到主內存厕怜，所以線程2是不知道的衩匣。
有序性
是指代碼執(zhí)行的有序性，對于一個線程執(zhí)行的代碼粥航，我們可以認為代碼是依次執(zhí)行的琅捏，但并發(fā)中可能就會出現亂序，因為代碼有可能發(fā)生指令重排序（Instruction Reorder）递雀，重排后的指令與原指令的順序未必一致午绳。
指令重排序
編譯器能夠自由的以優(yōu)化的名義去改變指令順序。在特定的環(huán)境下映之，處理器可能會次序顛倒的執(zhí)行指令拦焚。是為指令的重排序，尤其是并發(fā)的情況下杠输。
java提供了volatile和synchronized來保證線程之間操作的有序性赎败。volatile含有禁止指令重排序的語義(即它的第二個語義)，synchronized規(guī)定一個變量在同一時刻只允許一條線程對其lock操作蠢甲，也就是說同一個鎖的兩個同步塊只能串行進入僵刮。禁止了指令的重排序。
volatile關鍵字
說到了volatile鹦牛，我們就有必要了解一下這個關鍵字是做什么的搞糕。
準確來說，volatile是java提供的輕量的同步機制曼追。它有兩個特性：
保證修飾的變量對所有線程的可見性窍仰。
禁止指令的重排序優(yōu)化。
保證可見性和防止指令重排
簡單寫段代碼說明一下：
publicclassVolatileDemo{privatestaticbooleanisReady;privatestaticintnumber;privatestaticclassReaderThreadextendsThread{@Overridepublicvoidrun(){while(!isReady); System.out.println("number = "+number); } }publicstaticvoidmain(String[] args){newReaderThread().start();try{ Thread.sleep(1000); number =42; isReady =true; Thread.sleep(1000); }catch(InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }}
在上面的代碼中礼殊，ReaderThread只有在isReady 為 true 時才會打印出 number 的值驹吮，然而针史，真實的情況有可能是打印不出來(可能性比較小，但還是有)碟狞，因為線程ReaderThread線程無法看到主線程中對isReady的修改啄枕，導致while循環(huán)永遠無法退出，同時族沃，因為有可能發(fā)生指令重排频祝，導致下面的代碼不能按順序執(zhí)行：
number=42;isReady=true;
也就是能打印的話，number值可能是0脆淹，不是42常空。如果在變量加上volatile關鍵字，告訴Java虛擬機這兩個變量可能會被不同的線程修改未辆，那么就可以防止上述兩種不正常的情況的發(fā)生窟绷。
不能保證原子性
volatile能保證可見性和有序性，但無法保證原子性咐柜，比如下面的例子：
publicclassVolatileDemo{publicstaticvolatileinti =0;publicstaticvoidincrease(){ i++; }publicstaticvoidmain(String[] args) throws InterruptedException{ VolatileDemo test =newVolatileDemo();for(inti =0; i <10; i++) {newThread(() -> {for(intj =0; j <1000; j++) test.increase(); }).start(); }? Thread.sleep(1000); System.out.println(test.i); }}
正常情況下兼蜈，我們期望上面的main函數執(zhí)行完后輸出的結果是10000，但你會發(fā)現拙友，結果總是會小于10000为狸，因為increase()方法中的i++操作不是原子性的，分成了讀和寫兩個操作遗契。假設當線程1讀取了 i 的值辐棒，還沒有修改，線程2這時也進行了讀取牍蜂。然后漾根，線程1修改完了，通知線程2重新讀取 i 的值鲫竞，可這時它不需要讀取 i辐怕，它仍執(zhí)行寫操作，然后賦值給主線程从绘，這時數據就會出現問題寄疏。
所以，一般針對共享變量的讀寫操作僵井，還是需要用鎖來保證結果陕截，例如加上 synchronized關鍵字。
在這里我為java的同道者準備了以上相關資料批什，有需要的可以加群：810589193农曲，點擊鏈接加入群聊【Java架構學習交流群】：https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=5deQUBl里面有阿里Java高級大牛直播講解知識點，分享知識渊季，課程內容都是各位老師多年工作經驗的梳理和總結朋蔫，帶著大家全面罚渐、科學地建立自己的技術體系和技術認知却汉！
開發(fā)人員需能夠自我激勵驯妄，主動學習新技術，并在職業(yè)生涯中給自己扣上很多帽子合砂。 繼而不斷挑戰(zhàn)自我青扔，然后更好地解決問題，這就是編程的本質翩伪。 知識很重要微猖，在某些復雜問題的情況下更是如此。在變化如此之快的IT技術領域中缘屹，知識的獲取在任何時候比我們已會的技能更為重要凛剥。
可以加群：810589193，點擊鏈接加入群聊【Java架構學習交流群】：https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=5deQUBl我會分享一些免費的資深架構師錄制的視頻錄像：有Spring轻姿，MyBatis犁珠，Netty源碼分析，高并發(fā)互亮、高性能犁享、分布式、微服務架構的原理豹休，JVM性能優(yōu)化這些成為架構師必備的知識體系炊昆。
