云时代架构阅读笔记六——Java内存模型详解（二）

承接上文：云时代架构阅读笔记五——Java内存模型详解（一）

原子性、可见性、有序性

Java内存模型围绕着并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这三个特征来建立的，来逐个看一下：

1、原子性（Atomicity）

由Java内存模型来直接保证原子性变量操作包括read、load、assign、use、store、write，大致可以认为基本数据类型的访问读写是具备原子性的。如果应用场景需要一个更大的原子性保证，Java内存模型还提供了lock和unlock，尽管虚拟机没有把lock和unlock操作直接开放给用户使用，但是却提供了更高层次的字节码指令monitorenter和monitorexit来隐式地使用这两个操作，这两个字节码指令反映到Java代码中就是同步块—-synchronized关键字

2、可见性（Visibility）

可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改。volatile其实已经详细写了这一点，其实synchronized关键字也是可以实现可见性的，synchronized的可见性是由”对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中”这条规则获得的。另外，final关键字也可以实现可见性，因为被final修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且构造器没有把this传递出去，那在其他线程中就能看见final字段的值。

3、有序性（Ordering）

Java程序中天然的有序性可以总结为一句话：如果在本线程内观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另外一个线程，所有的操作都是无须的。前半句是指”线程内表现为穿行的语义”，后半句是指”指令重排序”和”工作内存与主内存同步延迟”现象。Java语言提供了volatile和synchronized两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义，而synchronized则是由”一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”这条规则获得的，这条规则规定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入

先行发生happens-before原则

如果Java内存模型中所有的有序性都仅仅靠volatile和synchronized来完成，那么有一些操作将变得很繁琐，但是我们在编写Java代码时并未感觉到这一点，这是因为Java语言中有一个”先行发生（happens-before）”原则。这个原则非常重要，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，依靠这个原则，我们可以通过几条规则就判断出并发环境下两个操作之间是否可能存在冲突的问题。

所谓先行发生原则是指Java内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系，如果说操作A先行发生于操作B，那么操作A产生的影响能够被操作b观察到，”影响”包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法等。Java内存模型下有一些天然的，不需要任何同步协助器就已经存在的先行发生关系：

1、程序次序规则：在一个线程内，按照控制流顺序，控制流前面的操作先行发生于控制流后面的操作，说”控制流”是因为还要考虑到分支、循环结构

2、管程锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作

3、volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作

4、线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作

5、线程终止规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测

6、线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

7、对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始

8、传递新：如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那么操作A必然先行发生于操作C