可見(jiàn)性：

一個(gè)線程對(duì)共享變量值的修改，能夠及時(shí)地被其他線程看到。

共享變量：

如果一個(gè)變量在多個(gè)線程的工作內(nèi)存中都存在副本，那么這個(gè)變量就是這幾個(gè)線程的共享變量。

Java內(nèi)存模型（JMM）

Java內(nèi)存模型（Java Memory Model）描述了Java程序中各種變量（線程共享變量）的訪問(wèn)規(guī)則净捅，以及在JVM中將變量存儲(chǔ)到內(nèi)存和從內(nèi)存中讀取出變量這樣的底層細(xì)節(jié)。

這里的變量指的是：共享變量

1辩块、所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中

2蛔六、每個(gè)線程都有自己獨(dú)立的工作內(nèi)存，里面保存該線程使用到的變量的副本（主內(nèi)存中該變量的一份拷貝）

X 變量就是共享變量：

image.png

可見(jiàn)性的兩條規(guī)定：

1废亭、線程對(duì)共享變量的所有操作都必須在自己的工作內(nèi)存中進(jìn)行国章，不能直接從主內(nèi)存中讀寫(xiě)

2、不同線程之間無(wú)法直接訪問(wèn)其他線程工作內(nèi)存中的變量豆村，線程間變量值的傳遞需要通過(guò)主內(nèi)存來(lái)完成液兽。

共享變量可見(jiàn)性實(shí)現(xiàn)的原理

線程1對(duì)共享變量的修改要想被線程2及時(shí)看到，必須要經(jīng)過(guò)如下2個(gè)步驟：

1掌动、把工作內(nèi)存1中更新過(guò)的共享變量刷新到主內(nèi)存中

2四啰、將主內(nèi)存中最新的共享變量的值更新到工作內(nèi)存2中

示例：

1、首先主內(nèi)存和工作內(nèi)存中 X 的值都為0

?
2粗恢、線程1將自己工作內(nèi)存中 X 的值修改為1柑晒，如圖：

?
3、為了將線程1修改的值更新到線程2的工作內(nèi)存中适滓，需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：首先是將線程1的工作內(nèi)存中的值更新到主內(nèi)存當(dāng)中敦迄。

?
4恋追、最后將主內(nèi)存中 X 的值更新到線程2的工作內(nèi)存當(dāng)中凭迹。這就可以說(shuō)線程1對(duì) X 的修改被線程2及時(shí)的看到了。

?

要實(shí)現(xiàn)共享變量的可見(jiàn)性苦囱，必須保證兩點(diǎn)：

1嗅绸、線程修改后的共享變量值能夠及時(shí)從工作內(nèi)存刷新到主內(nèi)存中
2、其他線程能夠及時(shí)把共享變量的最新值從主內(nèi)存更新到自己的工作內(nèi)存中

?

可見(jiàn)性的實(shí)現(xiàn)方式

Java語(yǔ)言層面支持的可見(jiàn)性實(shí)現(xiàn)方式：

• synchronized

• volatile

?

synchronized實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性

synchronized能夠?qū)崿F(xiàn)：

• 原子性（同步）
• 可見(jiàn)性

?

JMM關(guān)于synchronized的兩條規(guī)定：

1撕彤、線程解鎖前鱼鸠，必須把共享變量的最新值刷新到主內(nèi)存中

2、線程加鎖時(shí)羹铅，將清空工作內(nèi)存中共享變量的值蚀狰，從而使用共享變量時(shí)需要從主內(nèi)存中重新讀取最新的值（注意：加鎖與解鎖需要是同一把鎖）

從而就實(shí)現(xiàn)了線程解鎖前對(duì)共享變量的修改在下次加鎖時(shí)對(duì)其他線程可見(jiàn)

?

線程執(zhí)行互斥代碼的過(guò)程：

1.獲得互斥鎖

2.清空工作內(nèi)存

3.從主內(nèi)存拷貝變量的最新副本到工作內(nèi)存

4.執(zhí)行代碼

5.將更改后的共享變量的值刷新到主內(nèi)存

6.釋放互斥鎖

?

重排序

重排序：代碼書(shū)寫(xiě)的順序與實(shí)際執(zhí)行的順序不同，指令重排序是編譯器或處理器為了提高程序性能而做的優(yōu)化

1.編譯器優(yōu)化的重排序（編譯器優(yōu)化）
在單線程中职员，保證執(zhí)行結(jié)果正確的情況下麻蹋，改變代碼的執(zhí)行順序。

2.指令級(jí)并行重排序（處理器優(yōu)化）

3.內(nèi)存系統(tǒng)的重排序（處理器優(yōu)化）
指的是對(duì)讀寫(xiě)緩存進(jìn)行的優(yōu)化

示例：重排序就是有可能出現(xiàn)下面的情況：

?

as-if-serial 語(yǔ)義

as-if-serial：無(wú)論如何重排序焊切，程序執(zhí)行的結(jié)果應(yīng)該與代碼順序執(zhí)行的結(jié)果一致（Java編譯器扮授、運(yùn)行時(shí)和處理器都會(huì)保證Java在單線程下遵循as-if-serial語(yǔ)義）

?
單線程：第1芳室、2行的順序可以重排，但第3行不能

重排序不會(huì)給單線程帶來(lái)內(nèi)存可見(jiàn)性問(wèn)題

但多線程中程序交錯(cuò)執(zhí)行時(shí)刹勃，重排序可能會(huì)造成內(nèi)存可見(jiàn)性問(wèn)題

可見(jiàn)性分析(多線程的情況)：

image.png

?
執(zhí)行順序:

1.1->2.1->2.2—>1.2（線程的交叉執(zhí)行）
result的值為：3

1.2->2.1->2.2—>1.1（重排序結(jié)合線程交叉執(zhí)行）
result的值為：0

2.1和2.2之間也可以進(jìn)行重排序堪侯，因?yàn)橹灰皇菙?shù)據(jù)相互依存，都是不影響操作流程進(jìn)行重排序的荔仁。如圖：

image.png

?

導(dǎo)致共享變量在線程間不可見(jiàn)的原因：

1.線程的交叉執(zhí)行

2.重排序結(jié)合線程交叉執(zhí)行

3.共享變量更新后的值沒(méi)有在工作內(nèi)存與主內(nèi)存間及時(shí)更新

安全的代碼:（添加了sychronized）

?

synchronized解決方案：

1.線程的交叉執(zhí)行 ——> 原子性伍宦，獲得鎖對(duì)象，每次只能讓一個(gè)線程執(zhí)行鎖里面的代碼乏梁。

2.重排序結(jié)合線程交叉執(zhí)行 ——> 原子性雹拄。因?yàn)楂@得了鎖對(duì)象，并且在單線程中掌呜，無(wú)論如何進(jìn)行重排序滓玖，都不會(huì)影響最后的執(zhí)行結(jié)果。

3.共享變量未及時(shí)更新 ——> 可見(jiàn)性 通過(guò)synchronized的可見(jiàn)性規(guī)范的規(guī)定來(lái)保證的：1质蕉、加鎖前势篡，清空工作內(nèi)存中的共享變量，與主內(nèi)存中的共享變量進(jìn)行同步模暗。2禁悠、釋放鎖前：將工作內(nèi)存中的共享變量刷新到主內(nèi)存當(dāng)中。

上面的代碼通過(guò)synchronized以及它的兩條規(guī)范可以保證寫(xiě)操作和讀操作或按照預(yù)期情況進(jìn)行執(zhí)行兑宇，保證共享變量的可見(jiàn)性碍侦。

但反過(guò)來(lái)說(shuō)，不加synchronized也并不是一定會(huì)導(dǎo)致共享變量不可見(jiàn)隶糕。

因?yàn)椴患?code>synchronized瓷产，共享變量也可能可以在工作內(nèi)存和主內(nèi)存中進(jìn)行同步。

這是因?yàn)榫幾g器做了一些優(yōu)化枚驻。它會(huì)去揣摩程序的意圖濒旦，試圖去給出一個(gè)正確的結(jié)果。因此可能程序運(yùn)行很多次才會(huì)出現(xiàn)一次共享變量在工作內(nèi)存和主內(nèi)存中更新不及時(shí)的情況再登，但可能就是因?yàn)檫@樣一次的情況尔邓，導(dǎo)致一些嚴(yán)重的后果。

?

volatile實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性

volatile關(guān)鍵字：

• 能夠保證volatile變量的可見(jiàn)性

• 不能保證volatile變量復(fù)合操作的原子性

volatile如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)存可見(jiàn)性：

深入來(lái)說(shuō)：通過(guò)加入內(nèi)存屏障和禁止重排序優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

• 對(duì)volatile變量執(zhí)行寫(xiě)操作時(shí)，會(huì)在寫(xiě)操作后加入一條store屏障指令

??強(qiáng)制的將寫(xiě)緩存中的內(nèi)容強(qiáng)制刷新到主內(nèi)存當(dāng)中瓤球。并且還能防止將volatile之前的變量重排序到volatile寫(xiě)操作之后曙博。

• 對(duì)volatile變量執(zhí)行讀操作時(shí)，會(huì)在讀操作前加入一條load屏障指令

??強(qiáng)制使緩沖區(qū)的緩存失效，使得讀取volatile變量的時(shí)候，必須從主內(nèi)存中進(jìn)行讀取苹粟，同樣也能起到禁止指令重拍序的效果显晶。

通俗地講：volatile變量在每次被線程訪問(wèn)時(shí)贷岸，都強(qiáng)迫從主內(nèi)存中重讀該變量的值。

而當(dāng)該變量發(fā)生變化時(shí)磷雇，又會(huì)強(qiáng)迫線程將最新的值刷新到主內(nèi)存偿警。這樣任何時(shí)刻，不同的線程總能看到該變量的最新值唯笙。

?

線程寫(xiě)volatile變量的過(guò)程：

1.改變線程工作內(nèi)存中volatile變量副本的值

2.將改變后的副本的值從工作內(nèi)存刷新到主內(nèi)存

?

線程讀volatile變量的過(guò)程：

1.從主內(nèi)存中讀取volatile變量的最新值到線程的工作內(nèi)存中

2.從工作內(nèi)存中讀取volatile變量的副本

?

volatile不能保證volatile變量復(fù)合操作的原子性：

private int number=0螟蒸；

number++；

上面的操作不是原子操作崩掘，因?yàn)?code>number++可以分為三個(gè)步驟：

1.讀取number的值

2.將number的值加1

3.寫(xiě)入最新的number的值

?

加入synchronized七嫌，變?yōu)樵硬僮?/h5>

synchronized（this）{

number++；

這是因?yàn)?code>synchronized會(huì)讓number++的分解出來(lái)的三個(gè)步驟被一個(gè)線程執(zhí)行完成以后苞慢，才會(huì)被另外一個(gè)線程去執(zhí)行诵原。而不會(huì)產(chǎn)生有幾個(gè)線程同時(shí)交叉去執(zhí)行這個(gè)三個(gè)步驟。

而把number變?yōu)関olatile變量挽放，無(wú)法保證原子性

private volatile int number=0绍赛；

假設(shè)此時(shí)number=5，線程 A 讀取number的值辑畦，當(dāng)線程 A 讀取完畢以后吗蚌，它的 CPU 使用權(quán)被剝奪了，從而導(dǎo)致 A 線程在讀取 number 的過(guò)程被阻塞在這里了纯出。

當(dāng) A 線程被阻塞的時(shí)候蚯妇，B 線程得到了執(zhí)行的機(jī)會(huì)，它從主內(nèi)存中讀取 number 的值暂筝，并且對(duì) numebr 的值進(jìn)行加1箩言，并且將改變的值刷新到主內(nèi)存當(dāng)中。此時(shí) B 線程的工作內(nèi)存和主內(nèi)存中 number 的值均為 6乖杠。

而線程 A 的工作內(nèi)存中 number 的值還是5分扎，然后它也在經(jīng)過(guò)：對(duì) numebr 的值進(jìn)行加1澄成，并且將改變的值刷新到主內(nèi)存當(dāng)中的操作胧洒。

此時(shí)經(jīng)過(guò)兩次 number++ 的操作，但線程 A 和線程 B 還有主內(nèi)存中 number 的值還是為 6墨状，從而導(dǎo)致實(shí)際輸出與預(yù)想輸出不一致的問(wèn)題卫漫。

這個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的原因是因?yàn)?volatile 不能保證操作的原子性。

解決方案：保證 number 自增操作的原子性：

• 使用synchronized關(guān)鍵字

• 使用ReentrantLock
  （java.until.concurrent.locks包下）

• 使用AtomicInterger
  （vava.util.concurrent.atomic包下）

volatile適用場(chǎng)合

要在多線程中安全的使用volatile變量肾砂，必須同時(shí)滿(mǎn)足：

1.對(duì)變量的寫(xiě)入操作不依賴(lài)其當(dāng)前值

?不滿(mǎn)足：number++列赎、count=count*5等

?滿(mǎn)足：boolean變量、記錄溫度變化的變量等

2.該變量沒(méi)有包含在具有其他變量的不變式中

?不滿(mǎn)足：不變式 low

?

synchronized和volatile比較·

• volatile不需要加鎖镐确，比synchronized更輕量級(jí)包吝，不會(huì)阻塞線程饼煞，volatile 執(zhí)行效率會(huì)更高。

• 從內(nèi)存可見(jiàn)性角度將诗越，volatile讀相當(dāng)于加鎖（會(huì)將工作內(nèi)存和主內(nèi)存中的共享變量進(jìn)行同步）砖瞧，volatile寫(xiě)相當(dāng)于解鎖（會(huì)將工作內(nèi)存中的共享變量同步主內(nèi)存當(dāng)中）。

• synchronized既能保證可見(jiàn)性嚷狞，又能保證原子性块促，而volatile只能保證可見(jiàn)性，無(wú)法保證原子性床未。

?

總結(jié)

• 什么是內(nèi)存可見(jiàn)性

• Java內(nèi)存模型（JMM）

• 實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性的方式：

synchronized 和 volatile

?final也可以保證內(nèi)存可見(jiàn)性竭翠，因?yàn)樽兞勘欢x為 final 以后是不能被修改的

• synchronized和volatile實(shí)現(xiàn)內(nèi)存可見(jiàn)性的原理

• synchronized實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性

?指令重排序

?as-if-serial語(yǔ)義

• volatile實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性（通過(guò) number++ 來(lái)舉例）

?volatile能夠保證可見(jiàn)性

?volatile不能保證原子性

• 問(wèn)：即使沒(méi)有保證可見(jiàn)性的措施，很多時(shí)候共享變量依然能夠在主內(nèi)存和工作內(nèi)存見(jiàn)得到及時(shí)的更新薇搁？

?答：一般只有在短時(shí)間內(nèi)高并發(fā)的情況下（線程之間相互交錯(cuò)執(zhí)行）才會(huì)出現(xiàn)變量得不到及時(shí)更新的情況斋扰，因?yàn)镃PU在執(zhí)行時(shí)會(huì)很快地刷新緩存，所以一般情況下很難看到這種問(wèn)題啃洋。這種情況的出現(xiàn)是隨機(jī)褥实、不可預(yù)測(cè)的。

• 對(duì)64位（long裂允、double）變量的讀寫(xiě)可能不是原子操作：

?Java內(nèi)存模型允許JVM將沒(méi)有被volatile修飾的64位數(shù)據(jù)類(lèi)型的讀寫(xiě)操作劃分為兩次32位的讀寫(xiě)操作來(lái)進(jìn)行

?導(dǎo)致問(wèn)題：有可能會(huì)出現(xiàn)讀取到“半個(gè)變量”的情況

?解決方法：加volatile關(guān)鍵字

• synchronized和volatile比較

?volatile比synchronized更輕量級(jí)

?volatile沒(méi)有synchronized使用的廣泛