大家好，我是小黑，一個在互聯網苟且偷生的農民工。
上一期給大家分享了關於Java中線程相關的一些基礎知識。在關於線程終止的例子中，第一個方法講到要想終止一個線程，可以使用標志位的方法，我們再來回顧一下代碼。
class MyRunnable implements Runnable {
// volatile關鍵字，保證主線程修改后當前線程能夠看到被改后的值（可見性）
private volatile boolean exit = false;
@Override
public void run() {
while (!exit) { // 循環判斷標識位，是否需要退出
System.out.println("這是我自定義的線程");
}
}
public void setExit(boolean exit) {
this.exit = exit;
}
}
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
new Thread(runnable).start();
runnable.setExit(true); //修改標志位，退出線程
}
}
在這個代碼中，標志位exit字段在聲明時使用了volatile關機字修飾，目的是為了保證在另外一個線程修改后當前線程能夠感知到變化，那么這個關鍵字到底做了些什么呢？這一期我們來詳細聊一聊。
在開始講volatile關鍵字之前，需要先和大家聊一聊計算機的內存模型這個玩意兒。
計算機的內存模型
所謂內存模型，英文描述是Memory Model，這玩意兒是一個比較底層的東西，它是與計算機硬件有關的一個概念。
我們都知道，計算機在執行程序的時候，最終是一條條的指令在CPU中執行，在執行過程中往往會存在數據的傳遞。而數據是存放在主內存上的，對，就是你那個內存條。
在剛開始CPU的的執行速度還不夠快的時候並沒有什么問題，但隨着CPU技術的不斷發展，CPU計算的速度越來越快，但是呢，從主內存上讀取和寫入數據的速度有點拉胯，跟不上呀，這就導致CPU每次操作主內存都要花費很多的等待時間。
技術總是要往前發展的，不能因為內存讀寫慢CPU就不發展了吧，也不能讓主內存的讀寫速度成為瓶頸。
想必這里大家也應該想到了，就是在CPU和主內存之間加一個高速緩存，將需要的數據在這個高速緩存上復制一份，而這個高速緩存的特點就是讀寫很快，然后定期的將緩存中的數據和主內存同步。
到這里問題就解決了嗎？ too young,too simple啊，這種結構在但線程的情況下是沒有問題的，隨着計算機能力不斷提升，開始支持多線程了，並且CPU牛逼到支持多核，到現在的4核8核16核，在這種情況下是會存在一些問題的，我們來分析一下。
單核多線程情況：多個線程同時訪問一個共享數據，CPU將數據從主內存加載到高速緩存中，多個線程會訪問高速緩存中的同一個地址，這樣即使在線程切換時，緩存數據也不會失效，因為在單核CPU同一時間只能有一個線程在執行，所以也不會有數據訪問的沖突。
多核多線程情況：每個CPU內核都會復制一份數據到自己的高速緩存，這樣的話在不同內核上的兩個線程是並行的，這樣就會導致兩個內核各自緩存的數據發生不一致。這個問題就叫做緩存一致性問題。
除了上面說到的緩存一致性問題，計算機為了使CPU的算力能夠被充分利用，會對輸入的指令進行亂序處理，叫做處理器優化。很多的編程語言為了提高執行效率，也會對代碼的執行順序重新排序，比如咱們Java虛擬機的即時編譯器(JIT)也會做，這個動作叫做指令重排。
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
int d = a - b;
比如我們寫的這段代碼，第三行和第四行的執行順序就有可能發生改變，這在單線程中並沒有問題，但是在多線程情況下，會產生和我們預期不一樣的結果。
其實上面提出的緩存一致性問題，處理器優化，指令重排就對應我們並發編程中的可見性問題，原子性問題，有序性問題。帶着這些問題，我們再來看看，在Java中是如何來解決的。
因為存在這些問題，那么肯定要有一種機制來解決。這種解決的機制就是內存模型。
內存模型定義了一個規范，用來保證共享內存的可見性，有序性，原子性。內存模型是怎么解決的呢？主要采取兩種方式：限制處理器優化和內存屏障。這里我們先不深究底層原理。
JMM
從前面我們知道內存模型是一個規范，用來解決並發情況下的一些問題。不同的編程語言對於這個規范都有對應的實現。那么JMM（Java Memory Model）就是Java語言對於這一規范的具體實現。
那么JMM具體是如何解決這寫問題的呢？我們先來看下面這張圖。
內存可見性問題
我們一個一個問題來看，首先，如何解決可見性問題？
如上圖所示，在JMM中，一個線程對於一個數據的操作，分成了6個步驟。
分別是：read,load,use,assign,write,store.
如果說這個變量在聲明時，沒有使用volatile關鍵字，那么兩個線程是各自復制一份到工作內存，線程B將flag賦值為true，線程A是不可見的。
那么要想線程A可見，就需要在聲明flag這個變量時，加上volatile關鍵字。那么加了關鍵字之后JMM是怎么做的呢？這里要分讀和寫兩個情況。
- 線程在讀取一個volatile變量時，JMM會把工作內存中的該變量置為無效，重新從主內存中讀取；
- 線程在寫一個volatile變量時，會立刻將工作內存中的值刷新到主內存中。
也就是說，對於volatile關鍵字修飾的變量，在read,load,use操作必須是一起執行的；assign，write,store操作時一起執行。
通過這樣的方式，就能夠解決內存可見性的問題。
指令重排
而指令重排這個問題，對於編譯器來說，只要該對象聲明為volatile的，那么就不會對它進行指令重排的優化。
而volatile禁止指令重排的這種規則是符合一個叫做happens-before的規則。
happens-before除了在volatile變量規則外，還有一些其他規則。
程序次序規則：在一個線程內一段代碼的執行結果是有序的。就是還會指令重排，但是隨便它怎么排，結果是按照我們代碼的順序生成的不會變。
管程鎖定規則：就是無論是在單線程環境還是多線程環境，對於同一個鎖來說，一個線程對這個鎖解鎖之后，另一個線程獲取了這個鎖都能看到前一個線程的操作結果！(管程是一種通用的同步原語，synchronized就是管程的實現）
volatile變量規則：就是如果一個線程先去寫一個volatile變量，然后一個線程去讀這個變量，那么這個寫操作的結果一定對讀的這個線程可見。
線程啟動規則：在主線程A執行過程中，啟動子線程B，那么線程A在啟動子線程B之前對共享變量的修改結果對線程B可見。
線程終止規則：在主線程A執行過程中，子線程B終止，那么線程B在終止之前對共享變量的修改結果在線程A中可見。也稱線程join()規則。
線程中斷規則：對線程interrupt()方法的調用先行發生於被中斷線程代碼檢測到中斷事件的發生，可以通過Thread.interrupted()檢測到是否發生中斷。
傳遞性規則：happens-before原則具有傳遞性，即hb(A, B) ， hb(B, C)，那么hb(A, C)。
對象終結規則：一個對象的初始化的完成，也就是構造函數執行的結束一定 happens-before它的finalize()方法。
競態條件
到這里，大家是不是感覺問題已經都解決了？emmm，我們來看下面這個場景：
假設上圖中的線程A和線程B執行在兩個CPU核心上，是並行執行的，它們一起讀取到i的值等於0，然后各自加1，然后一起往主內存寫。如果線程A和線程B是有先后順序執行的，i的值最后應該是等於2才對，但是並行情況下是有可能同時操作的，最后寫回到主內存中的值只被增加了一次。
這就好比你的銀行卡收到了兩筆100塊的轉賬，但是賬戶上只多了100塊。
對於這種問題通過volatile是無法解決的，volatile不會保證該變量操作的原子性。那我們應該怎么解決呢，就需要使用synchronized對這個操作加鎖，保證同一時刻只能有一個線程進行操作。
總結
因為CPU和內存之間存在着高速緩存，在多線程並發情況下，可能會存在緩存一致性問題；而CPU對於輸入的指令會做一些處理器優化，一些高級語言的編譯器也會做指令重排。因為這些問題，會導致我們在並發情況下存在內存可見性問題，有序性問題，而JMM就是Java中為了解決這些問題而出現的。通過volatile關鍵字可以保證內存可見性，並且會禁止指令重排。但是volatile只能保證操作的有序性，無法保證操作的原子性，所以，為了安全，我們對於共享變量的並發處理要進行加鎖。
好的，今天的內容就到這里，我們下期再見。
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