线程安全-3 JMM

一.谈一下JMM

1.JMM，JavaMemoryModel，Java内存模型。定义了多线程对共享内存读写操作的行为规范，通过规范多线程对共享内存的读写操作，以保证指令执行和结果的正确性。

2.JMM把内存分为两块

（1）主内存：是线程间共享的内存区域，可以被所有线程访问，存储了共享变量的原始副本。

（2）工作内存：是线程的私有区域，每个线程都有一个自己的工作内存，是线程的工作区域，不同线程的工作内存相互独立、相互隔离。

        a.线程的工作内存相互隔离，每个线程都只能访问属于自己的工作内存。

        b.线程不直接操作主内存的数据，而是将主内存的数据拷贝一份到自己的工作内存中，进行操作，操作完再将数据更新到主内存。

        c.线程在自己的工作内存对主内存变量的副本进行修改后，通过CAS操作将其更新到主内存的变量中，其他线程再将主内存变量的最新值更新到自己的副本变量中。不同线程是通过主内存进行交互的。

3.JMM的8个原子操作

（1）read：读取，读取主内存的变量值到工作内存中

（2）load：载入，将从主内存读到的变量值放到工作内存的副本变量中

（3）store：存储，将工作内存的变量值送到主内存中

（4）write：写入，将工作内存送来的变量值写入到主内存的变量中

（5）use：使用，将工作内存的变量值传递给执行引擎，以供其他指令需要

（6）assign：赋值，将从执行引擎获取到的值赋值给工作内存的变量

（7）lock：加锁，将主内存的变量标记为线程独占状态

（8）unlock：解锁，将主内存的变量的加锁状态解除

二.并发编程的三大特征是什么？ / 导致并发程序出现问题的根本原因是什么？

1.原子性：一个操作要么全部完成，要么全部都不完成，不会因为上下文切换而导致结果出错。

2.可见性：虽然每个线程只能操作自己工作内存的数据，自己的工作内存对其他线程不可见；但是当一个线程对主内存的共享变量进行更新后，其他线程要能立即知道并更新为最新值。

3.有序性：为了提高运行效率，编译器会对代码进行重排序，cpu也会对指令进行重排序；这种重排序不会影响单线程的执行结果，但会影响多线程并发执行的结果。因此并发编程要能保证重排序之后的有序性，执行结果不会因重排序而出错。

三.JMM如何保证并发编程三大特征？ / Java程序中如何保证多线程的执行安全？

1.原子性：synchronized、JUC中的Lock

2.可见性：volatile、synchronized、JUC中的Lock

3.有序性：volatile、synchronized

四.说一下volatile关键字

volatile关键字用于修饰共享变量(类的成员变量和静态成员变量)，具有两种作用

1.保证并发编程的可见性

（1）问题1：JVM提供了一个即时编译器JIT，会对代码进行优化。例如while(!stop)，stop默认为false。如果当前代码的执行逻辑中没有对stop进行修改，则会将代码优化为while(true)，这在单线程下是可行的；但是在多线程中，若有其他线程对stop进行更改，由于代码优化，会导致执行当前代码的线程无法收到其他线程对stop的更改通知，失去了并发编程的可见性。

（2）问题2：若线程在更新主内存的共享变量后，其他线程未及时同步最新值，则其他线程在工作内存中的变量副本就相当于失效了，这也失去了并发编程的可见性。

（3）解决：使用volatile修饰共享变量

        a.使用volatile修饰的变量，可以防止JIT对其进行优化

        b.使用volatile修饰的变量，会对其读写操作加上属于硬件层面的内存屏障：

                对volatile变量执行读操作前，会插入即读屏障，强行使当前工作内存的变量失效，重新去主内存获取变量值

                对volatile变量进行写操作后，会插入即写屏障，强行将工作内存的变量最新值更新到主内存中

2.保证并发编程的有序性

（1）问题：编译器为了提高效率会对代码进行重排序，影响了高并发下的执行结果

（2）解决：用volatile修饰的变量，会对其读写操作加上属于JMM层面的内存屏障，保证重排序后的有序性。

        LoadBarrier;

        volatile读操作; //重排序时，其上所有读操作不能越过屏障排到下面，其下所有写操作不能越过屏障跑到上面

        StoreBarrier;

        ...

        StoreBarrier;

        volatile写操作; //重排序时，其上所有写操作不能越过屏障排到下面，其下所有读操作不能越过屏障跑到上面

        LoadBarrier;