一.JMM–Java内存模型

*1.什么是JMM？
JMM ： Java内存模型，不存在的东西，是一种概念！是一种约定！

*2.关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。

2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！

3、加锁和解锁是同一把锁。

线程工作时，会有自己的一个工作内存，它会主内存之间有相关联系，有八种操作，具体看下列解释和图例：

内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（对于double和long类型的变量来说，load、store、read和writ操作在某些平台上允许例外）

1.lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
2.unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
3. read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
4.load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
5.use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
6.assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
7.store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
8.write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中

JMM 对这八种指令的使用，制定了如下规则：

1.不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
2.不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
3.不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
4.一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
5.一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
6.如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
7.如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
8.对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

但是当两个线程同时操作主存时，就会出现问题
注：当线程B执行引擎将自己的工作内存中的变量或者数据修改后（图中将true改为了false），线程B再将修改后的变量写入存储到主存中，此时主存中的数据或者变量已经发生了变化，而线程A中的工程内存中的数据还是主存中修改之前的，线程B修改了主存中的数据，导致线程A不能及时可见。

来用一个小例子来看看这个问题吧：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @program: juc
 * @description
 * @author: 不会编程的派大星
 * @create: 2021-04-28 10:36
 **/
public class JmmTest {


    public static Integer num = 0;

    /**
     *  主线程 main线程
     */
    public static void main(String[] args) {

        /**
         * 线程1 共两个线程 主线程和此线程
         */
        new Thread(() -> {
            while(num == 0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;

        System.out.println(num);

    }
}

执行结果：

注：这里在打印出1 后，程序一直在执行，并没有结束，main线程在修改完num= 1后，线程一里面的循环里的num依旧为0，未跳出循环。

所以就需要一种新的方式来解决这个问题。 ----> 那就是加volatile.

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @program: juc
 * @description
 * @author: 不会编程的派大星
 * @create: 2021-04-28 10:36
 **/
public class JmmTest {


    public volatile static Integer num = 0;

    /**
     *  主线程 main线程
     */
    public static void main(String[] args) {

        /**
         * 线程1 共两个线程 主线程和此线程
         */
        new Thread(() -> {
            while(num == 0){

            }
        }).start();

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        num = 1;

        System.out.println(num);

    }
}

来看看加了volatile后的结果吧：

在打印完1后，此程序就立即停止了。

二.volatile可见性、非原子性验证以及指令重排

*1.volatile可见性

通过上面这个小例子，我们就实现了volatile的可见性的验证：

如果num这个值不加volatile，线程一就不知道外面的事–main线程已经将num的值修改了，加了volatile的话，main线程这边num一修改，线程一就知道了，并拿最新的值来使用，于是就立刻跳出了循环，保证了其可见性。

*2.volatile非原子性

原子性：不可分割，线程A在执行任务的时候，不能被打扰的，也不能被分割。要么同时成功，要么同时失败。类似于mysql事务中acid中的原子性。
接下俩我们来验证下volatile的非原子性：

简单代码实现：

/**
 * @program: juc
 * @description
 * @author: 不会编程的派大星
 * @create: 2021-04-28 11:33
 **/
public class AutomicTest {

    public static Integer num = 0;

    public static void add(){
        num++;
    }

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 1; i <= 10 ; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            }).start();
        }

        // 判断只要剩下的线程不大于2个，就说明20个创建的线程已经执行结束
        while (Thread.activeCount()>2){
            // Java 默认有 main gc 2个线程
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  num");

    }

}

执行结果：

注：理论上结果应该是10000，但每一次执行的结果都不同并且不是10000，说明 当其中一个线程正在执行任务，其他的线程也去加入了，干扰计算，即volatile没有保证原子性

这里的volatile非原子性我们已经解决，当面试官问你不用 lock 和 synchronized锁，你该怎么保证原子性呢？

这里就要用到 原子类–

简单代码实现：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * @program: juc
 * @description
 * @author: 不会编程的派大星
 * @create: 2021-04-28 11:33
 **/
public class AutomicTest1 {

    public static AtomicInteger num = new AtomicInteger(0);

    public static void add(){
        //num++;
        num.incrementAndGet(); //AtomicInteger类加一操作 ++num 
    }

    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 1; i <= 10 ; i++) {
            new Thread(() -> {
                for (int j = 0; j < 1000 ; j++) {
                    add();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }

        // 判断只要剩下的线程不大于2个，就说明20个创建的线程已经执行结束
        while (Thread.activeCount()>2){
            // Java 默认有 main gc 2个线程
            Thread.yield();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " "+num);

    }

}

执行结果：

完美解决！这里可以去自行查看原子类底层的方法 都是native的 ，CAS
这些类的底层都直接和操作系统挂钩！在内存中修改值！Unsafe类是一个很特殊的存在！效率远远高于 lock 和 synchronized锁！

三.volatile避免了指令重排

***1.什么是指令重排？**
我们写的程序，计算机并不是按照你写的那样去执行的。

源代码 —> 编译器优化的重排 —> 指令并行也可能会重排 —> 内存系统也会重排 ——> 执行

处理器在执行指令重排的时候，会考虑：数据之间的依赖性

1、int x = 1; // 1
2、int y = 2; // 2
3、x = x + 5; // 3
4、y = x * x; // 4

我们所期望的：1234 但是可能执行的时候会变成 2134 或者 1324

但是不可能是 4123！

举例说明：

前提：a b x y 这四个值默认都是 0：

可能造成影响得到不同的结果：

线程A	线程B
x = a	y = b
b =1	a = 2

正常的结果：x = 0; y = 0; 但是可能由于线程A和线程B中的两条语句互不影响，指令重排出现以下结果：

线程A	线程B
b = 1	a = 2
x = a	y = b

指令重排导致的诡异结果： x = 2; y = 1;

volatile 可以避免指令重排：
最主要的还是因为 内存屏障。CPU指令。作用：

保证特定操作的执行顺序！(volatile避免指令重排)
可以保证某些变量的内存可见性 (volatile 实现了可见性)

图解：

volatile 是可以保证可见性。不能保证原子性，由于内存屏障，可以保证避免指令重排的现象产生！

volatile 内存屏障在单例模式中使用的最多！

这次的讨论就到这里了哈 ，欢迎小伙伴们留言讨论！