深入理解 Java 虛擬機：Java 內存模型與線程
什麼是內存模型？
內存模型： 可以理解爲，在特定的操作協議下，對特點的內存或高速緩存進行讀寫訪問的過程的抽象。
什麼是高速緩存？
在運算時，將需要使用到的數據從內存複製到緩存（Cache）中，以此讓計算能更快的進行，計算結束後再從緩存同步回內存中，這樣就無需頻繁的等待緩慢的內存讀寫。
緩存一致性
緩存一致性： 在多處理器系統中，每個處理器都有自己的高速緩存，而它們又共享同一主內存。
Java 內存模型
主內存
主內存是虛擬機內存的一部分。
Java 內存模型規定所的變量都存儲在主內存中。
變量數據： 最根源的數據，線程不能直接操作。
工作內存
工作內存中保存了被該線程使用到的變量的主內存副本拷貝，線程對變量的所有操作（讀取，賦值等），都必須在工作內存中進行，不能直接讀寫主內存中的數據。不同線程間也無法直接訪問對方工作線程中的變量。
變量數據： 從主內存中拷貝來的副本，其他線程無法訪問，操作結束後需寫回主內存。
內存間的交互操作
虛擬機實現時，必須保證下面提及的每一種操作都是原子的、不可再分的。
- lock（鎖定）： 作用於
主內存的變量，把變量標記爲某個線程獨佔。 - unlock（解鎖）： 作用於
主內存的變量，釋放一個鎖定的變量。 - read（讀取）： 作用於
主內存的變量，把一個變量的值從主內存傳輸到工作內存中，以便後續load動作使用。 - load（載入）： 作用於
工作內存的變量，將read過來的值放入工作內存的變量副本中。 - use（使用）： 作用於
工作內存的變量，把工作內存中存在的一個變量傳遞給執行引擎，每當虛擬機遇到一個需要使用變量的值時就會執行這個操作。 - assign（賦值）： 作用於
工作內存的變量，把從執行引擎接收到的值，賦值給工作內存中的一個變量，當虛擬機遇到賦值操作時候執行操作。 - store（存儲）： 作用於
工作內存的變量，把工作內存中的一個變量傳遞給主內存，一遍後續write動作使用。 - write（寫入）： 作用於
主內存的變量，把store操作的值放入主內存的變量中。
將變量從主內存複製到工作內存： 順序執行 read 和 load，只需按順序即可，中間可插入其他指令。
從工作內存寫回主內存： 順序執行 sore 和 write，只需按順序即可，中間可插入其他指令。
volatile 關鍵字
對所有線程可見性
特性： 保證此變量對所有線程的可見性，當一條線程修改了這個變量值，其他線程會立即收到通知。
volatile 關鍵字保證線程可見，不代表線程安全：
以下爲 race ++ 的反編譯結果
volatile 關鍵字 保證了線程可見性，因此只要去讀數據，就可以拿到正確的數據
而這裏的讀操作，只有 getstatic 字節碼指令，將數據讀入棧頂（每個線程各自擁有，對外部可見）
而後續的不管是遞增 iadd 還是回寫回主內存 putstatic 指令之前都沒有再去讀數據
因此如果這期間如果數據發生了變更，在棧頂的數據就成了舊數據，回寫回主內存就會產生覆蓋，線程不安全。
禁止指令重排序
普通變量僅僅會保證在該方法的執行過程中，所有依賴賦值結果的地方都能獲取到正確的結果，而不能保證變量賦值操作的順序與程序代碼中的執行順序一致。
這麼做的目的是一種機器級的優化操作，使得某個部分的彙編代碼被提前執行。
volatile 可以避免這種的優化操作。
內存屏障：
volatile 是通過 內存屏障 來防止指令重排序的，反編譯後即下圖紅色框框中的部分。
作用： 防止 內存屏障 後面的指令排序到 內存屏障 之前。
Java 內存模型的特徵
Java 內存模型是圍繞 併發過程中 如何處理 原子性、可見性 和 有序性 3 個特徵來建立的。
原子性
直接 保證原子性的操作 包括：read、load、assign、use、store、write
基本數據類型的訪問讀寫都是具備原子性的
例外的只有 long 和 double，具有非原子協定，但是各大虛擬機實現時，都把他們的讀寫操作作爲原子操作來對待，因此知道下就好了，不需要太在意。
爲了保證原子性，虛擬機提供字節碼 monitorenter 和 monitorexit 來操作 lock 和 unlock，反應到代碼層面就是 synchronized 關鍵字，因此 synchronized 塊的操作也具有原子性。
可見性
可見性： 可見性是指，當一個線程修改了共享變量的值，其他變量能立即得知這個修改。
保證可見性的關鍵字： volatile、synchronized、final。
有序性
有序性： 如果在本線程內觀察，所有操作都是有序的；如果在一個線程中觀察另一個線程，所有操作都是無需的。前半句是指 “線程內表現爲串行的語義”，後半句是指 “指令重排序” 現象和 “工作內存和主內存同步延遲” 現象。
防止指令重排序關鍵字： volatile、synchronized。
synchronized 缺點
synchronized 同時滿足 3 大特性，看起來十分 “萬能”，但過度濫用回導致性能問題。
先行發生原則
即多線程同時操作一個變量導致值不正確的線程不安全問題。
“天然的” 先行發生關係
即不需要同步器，在代碼中能直接使用
- 程序次序規則： 在一個線程內，按照程序代碼的順序，寫在前面的代碼比寫在後面的代碼先執行。
- 管程鎖定規則： 同一個鎖，一個 unlock 操作先行發生於後面對同一個鎖的 lock 操作。不解鎖就沒法再鎖定。
- volatile 變量規則： 對一個
volatile變量的寫操作優先於後面這個變量的讀操作，“後面” 是指時間上的先後順序。 - 線程啓動規則： Thread 對象的 start() 方法先行發生於此線程的每個動作。不啓動線程，其他動作無法進行。
- 線程終止規則： 線程中所有操作都優先於此線程的終止檢查，可通過
Thread.join() 方法結束、Thread.isAlive() 返回值等手段檢查到線程已經終止執行。 - 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的代碼檢查到終端事件的發生，可通過
Thread.interrupt()方法檢查到是否有中斷髮生。 - 對象終結規則： 一個對象的初始化完成（構造函數執行結束），先行發生於它的 finalize() 方法的發送
- 傳遞性： 操作 A 優先於操作 B，操作 B 優先於操作 C，操作 A 就必然優先於 操作 C