前言
本文并非按照書中目錄所寫酬凳，為自己讀后總結(jié)谋竖，個(gè)人覺得這本書有著比較深的學(xué)習(xí)價(jià)值红柱，在此致敬本書作者。
并發(fā)編程模型兩個(gè)關(guān)鍵問題
并發(fā)編程需要著手解決原子性蓖乘、有序性锤悄、可見性三個(gè)問題，這三個(gè)問題側(cè)重在線程通信與線程同步上嘉抒。針對(duì)于這兩個(gè)問題零聚，有兩種機(jī)制來保證: 共享內(nèi)存 | 消息傳遞。
共享內(nèi)存屏蔽通信細(xì)節(jié)些侍，但需要顯式指定線程同步順序隶症；消息傳遞由程序員主動(dòng)發(fā)送消息，顯式執(zhí)行線程通信岗宣，線程同步由于自帶發(fā)送順序蚂会，隱式進(jìn)行。
| \ | 線程通信 | 線程同步 | 典型語(yǔ)言 |
|---|---|---|---|
| 共享內(nèi)存 | 隱式 | 顯式 | Java |
| 消息傳遞 | 顯式 | 隱式 | Go |
原子性狈定、有序性颂龙、可見性
原子性：操作不可分割。CPU層面保證基礎(chǔ)指令的原子性纽什，對(duì)于復(fù)雜原子指令措嵌，比如交換指令CMPXCHG，采用總線鎖or緩存行鎖來保證原子性芦缰。需要注意的是企巢，32位操作系統(tǒng)不對(duì)64位數(shù)據(jù)寫入保證原子性，比如long類型或者double類型變量寫入让蕾。
有序性：涉及到的指令重排分三種浪规，編譯級(jí)指令重排（編譯器優(yōu)化）、指令級(jí)指令重排（CPU指令并行）探孝、 內(nèi)存系統(tǒng)指令重排（CPU讀/寫緩存區(qū)）笋婿，單線程模型下，CPU與編譯器不會(huì)對(duì)有間接依賴的指令重排序顿颅。
可見性：針對(duì)上述三種指令重排缸濒，而引發(fā)線程之間的內(nèi)存可見性問題。
進(jìn)一步充電 緩存一致性協(xié)議之MESI
Java內(nèi)存模型的抽象結(jié)構(gòu)
JMM定義了共享變量存儲(chǔ)于主存之中粱腻，每個(gè)線程都有一個(gè)私有的本地內(nèi)存庇配，存儲(chǔ)共享變量的副本。這里的本地內(nèi)存是一個(gè)抽象的概念绍些，并不真實(shí)存在捞慌，它涵蓋了CPU高速緩存（L1，L2柬批，L3）啸澡、寫緩沖區(qū)、編譯器優(yōu)化等等氮帐。為了保證內(nèi)存可見锻霎，Java編譯器在生成指令序列的適當(dāng)位置插入內(nèi)存屏障。
JMM內(nèi)存屏障
JMM把內(nèi)存屏障指令分為4類揪漩，見下表旋恼。
上面這四個(gè)內(nèi)存屏障簡(jiǎn)單來說，Load用于讀取裝載數(shù)據(jù)奄容，Store用于存儲(chǔ)冰更，會(huì)保證前面的裝載or存儲(chǔ)<優(yōu)先于>后面的裝載or存儲(chǔ)
volatile內(nèi)存語(yǔ)義
當(dāng)寫一個(gè)volatile變量時(shí)，JMM會(huì)把該線程的本地內(nèi)存的共享變量值刷新到主存昂勒。
當(dāng)讀一個(gè)volatile變量時(shí)蜀细，JMM會(huì)把該線程的本地內(nèi)存置為無效，從主存獲取共享變量戈盈。
- volatile寫之前的操作不會(huì)被編譯器重排序到volatile寫之后奠衔。
- volatile讀之后的操作不會(huì)變編譯器重排序到volatile讀之前谆刨。
- 當(dāng)?shù)谝粋€(gè)操作是volatile寫，第二個(gè)操作是volatile讀归斤，不能重排序痊夭。
為了實(shí)現(xiàn)volatile內(nèi)存語(yǔ)義，編譯器生成字節(jié)碼通過插入內(nèi)存屏障來禁止重排序
- 在每個(gè)volatile寫前面插入StoreStore屏障脏里，確保volatile寫之前的數(shù)據(jù)刷新到主存她我，并且不會(huì)重排序到volatile寫之后。
- 在每個(gè)volatile寫后面插入StoreLoad 屏障迫横，確保volatile寫與后續(xù)可能的volatile讀/寫操作重排序（這個(gè)開銷昂貴）番舆。
- 在每個(gè)volatile讀后面插入LoadLoad 屏障，確保volatile讀不會(huì)與后續(xù)的普通讀重排序矾踱。
- 在每個(gè)volatile讀后面插入LoadStore 屏障恨狈，確保volatile讀不會(huì)與后續(xù)的普通寫重排序。
比較有意思的是volatile寫之后的StoreLoad屏障呛讲，JMM可以選擇在每個(gè)volatile寫之后或者volatile讀之前插入StoreLoad屏障拴事，但由于通常共享變量讀多寫少，JMM最終選擇在volatile寫之后插入StoreLoad屏障圣蝎，來提供一定的性能提升刃宵。
上面內(nèi)存屏障插入策略非常保守，但它可以保證在任意處理器平臺(tái)徘公，任意程序中都能保證volatile的正確語(yǔ)義牲证。JMM針對(duì)不同平臺(tái)不同代碼，會(huì)省略部分內(nèi)存屏障來做優(yōu)化关面。
鎖（ReentrantLock）的內(nèi)存語(yǔ)義
- 公平鎖與非公平鎖釋放時(shí)坦袍，都要寫volatile變量state。
- 公平鎖獲取時(shí)等太，首先會(huì)讀volatile變量捂齐。
- 非公平鎖獲取時(shí)，首先CAS更新volatile變量缩抡。
編譯器會(huì)為CAS的交換指令CMPXCHG加入lock前綴奠宜，lock前綴同時(shí)具有volatile讀與volatile寫的內(nèi)存語(yǔ)義。
總結(jié)來說：加鎖具有和volatile讀相同的內(nèi)存語(yǔ)義瞻想，解鎖具有和volatile寫相同的內(nèi)存語(yǔ)義压真。
并發(fā)包下的大部分鎖，同步器都是基于AQS實(shí)現(xiàn)的蘑险，并發(fā)包的基石是volatile滴肿、synchronize、cas佃迄，JUC的包有個(gè)通用的實(shí)現(xiàn)模式：首先聲明共享變量為volatile泼差，然后使用CAS原子更新實(shí)現(xiàn)線程之間同步贵少，同時(shí)配合CAS或volatile讀寫的內(nèi)存語(yǔ)義來實(shí)現(xiàn)線程之間的通信。
final域重排序規(guī)則
- 編譯器會(huì)在final域?qū)懼蠖言担瑯?gòu)造函數(shù)返回之前插入StoreStore內(nèi)存屏障滔灶，禁止final域的寫重排序到構(gòu)造函數(shù)之外。
- 初次讀包含final域的對(duì)象引用套啤，再初次讀final域，禁止重排序随常。這兩個(gè)操作之間存在間接依賴潜沦，大多數(shù)處理器本身就不會(huì)重排序，但也有少部分的處理器允許間接依賴的關(guān)系進(jìn)行重排序绪氛。
final的語(yǔ)義保證了正確構(gòu)建的對(duì)象不需要使用同步唆鸡，其他線程都能看到正確的被初始化之后的值。
以下為錯(cuò)誤示例代碼枣察，final引用從構(gòu)造函數(shù)溢出
/**
* @author YuanChong
* @create 2020-03-29 18:50
* @desc final引用從構(gòu)造函數(shù)溢出示例
*/
public class FinalExample {
private final int data;
private static FinalExample ref;
private FinalExample(int data) {
this.data = data;
ref = this;
}
public static void instanceObject() {
new FinalExample(1);
}
/**
* 并發(fā)下争占，A線程執(zhí)行instanceObject，B線程執(zhí)行readFinal序目，B線程讀到的可能是0也可能是1
* @return
*/
public static int readFinal() {
return ref.data;
}
}
JMM屏蔽內(nèi)存模型細(xì)節(jié)
JMM提供了as-if-serial語(yǔ)義與happens-before原則保證程序的正確執(zhí)行臂痕。
happens-before提供給程序員易于理解，簡(jiǎn)單易懂的并發(fā)下內(nèi)存可見性保證猿涨。
as-if-serial語(yǔ)義保證了不管怎么重排序握童，單線程程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。
需要注意的是叛赚，這兩種語(yǔ)義只是JMM對(duì)程序員的保證承諾澡绩，JMM只保證執(zhí)行結(jié)果，但具體是否涉及重排序還要看編譯器與處理器的優(yōu)化俺附。這是JMM在編譯優(yōu)化與簡(jiǎn)單易懂的內(nèi)存模型之間的一個(gè)權(quán)衡結(jié)果肥卡。因此，happens-before更應(yīng)該理解成生效可見于事镣，他與執(zhí)行順序無關(guān)步鉴。
- 程序順序原則：本線程的每個(gè)操作生效可見于后續(xù)發(fā)生的所有操作
- 鎖規(guī)則：當(dāng)前線程解鎖生效可見于后續(xù)其他線程的加鎖
- volatile規(guī)則：volatile寫生效可見于后續(xù)對(duì)volatile的讀
- 傳遞性規(guī)則：如果A happens-before B，B happens-before C璃哟，那么A happens-before C
- start規(guī)則：如果A線程執(zhí)行Thread.start()啟動(dòng)線程B唠叛，A線程的Thread.start()生效可見于B線程的后續(xù)操作
- join規(guī)則：如果A線程執(zhí)行Thread.join()，B線程的任意操作生效可見于A從Thread.join()中返回
我們結(jié)合happens-before的幾個(gè)原則沮稚，可以分析出線程同步代碼是否有可見性問題
比如A線程執(zhí)行Thread.start()啟動(dòng)B線程艺沼，A線程做的共享變量的修改生效可見于B線程，這是由順序性規(guī)則蕴掏，start規(guī)則障般，傳遞性規(guī)則同時(shí)推斷出來的调鲸。
樓主之前也分析過鎖的happens-before推斷，詳見從happen-before角度分析synchronized與lock的內(nèi)存可見性問題
