一、什么是JMM

1、概念

• JMM:Java虚拟机是一个实现了跨平台的虚拟系统，因此它也有自己的内存模型，即Java内存模型（Java Memory Model, JMM）。

2、JMM同步

• 线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。

• 线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！

• 加锁和解锁是同一把锁。

3、八种操作

• 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）
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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

4、使用规则

• 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
• 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
• 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
• 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。就是对变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
• 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
• 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
• 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
• 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

5、存在问题

• 程序不知道主内存的值已经被修改过了
  

二、Volatile

1、概念

• Volatile是Java 虚拟机提供的轻量级同步机制，类似于synchronized，但是没有其强大。
• 特点：
  ①、保证可见性
  ②、不保证原子性
  ③、防止指令重排

2、代码演示

• 保证可见性
  ①、没有使用Volatile关键字，持续一直处于运行状态，线程对主内存的变化不知道

public class VolatileTest {

    // 不加 volatile 程序就会死循环！
    // 加 volatile 可以保证可见性
  private static int sum=0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            while (sum==0){

            }
        }).start();

        try{
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        sum=1;
        System.out.println(sum);
    }
}

运行结果：

②、使用了volatile关键字，线程可以得知主内存的变化

public class VolatileTest {

    // 不加 volatile 程序就会死循环！
    // 加 volatile 可以保证可见性
  private volatile static int sum=0;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            while (sum==0){

            }
        }).start();

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

        sum=1;
        System.out.println(sum);
    }
}

运结果：

• 不保证原子性
  ①、使用volatile时

public class VolatileTest2 {

    private volatile static int num=0;

   public static void add(){
       num++;
   }
    //理论上值应该为20000
    public static void main(String[] args) {
        for (int i=1;i<=20;i++){
            new Thread(()->{
                for (int j=1;j<=1000;j++){
                    add();
                }
            }).start();
        }
        //判断剩下的线程是否大于2个，如果大于则表明20个线程创建成功了
        while (Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+num);
    }

}

运行结果：

②、使用AtomicInteger保证其原子性

public class VolatileTest2 {

    private volatile static int num=0;

   private volatile static AtomicInteger atomicInteger= new AtomicInteger();

   public static void add(){

//       AtomicInteger + 1 方法， CAS
       atomicInteger.getAndIncrement();
   }
    //理论上值应该为20000
    public static void main(String[] args) {
        for (int i=1;i<=20;i++){
            new Thread(()->{
                for (int j=1;j<=1000;j++){
                    add();
                }
            }).start();
        }
        //判断剩下的线程是否大于2个，如果大于则表明20个线程创建成功了
        while (Thread.activeCount()>2){
            Thread.yield();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---->"+atomicInteger);
    }

}

运行结果：

3、指令重排

• 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。
• 代码执行过程：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
• 正常执行结果：x = 0;，y = 0;

线程A	线程B
x = a	y = b
b =1	y = b

• 指令重排可能导致的结果： x = 2，y = 1;

线程A	线程B
b =1	y = b
x = a	y = b

• volatile可以避免指令重排
  ①、保证特定操作的执行顺序
  ②、可以保证某些变量的内存可见性
  ③、volatile 内存屏障在单例模式中使用的最多