Java記憶體模型：解決可見性和有序性問題
01 | Java 記憶體模型
1、導讀
1）可見性、原子性、有序性是并發程式設計的 Bug 之源
2） Java 記憶體模型是面試熱點，同時也是分析并發問題的基礎
3）Java 記憶體模型是個很複雜的規範，可以從不同的視角來解讀
2、Java 記憶體模型作用
1）解決可見性
2）解決有序性
3、簡析出現Java 記憶體模型的原因
1）緩存和編譯優化分别導緻可見性和有序性問題，一刀切禁用雖然可以解決問題，但嚴重影響性能，合理的方案是按需禁用緩存以及編譯優化。
2）為了解決可見性和有序性問題，隻需要提供給程式員按需禁用緩存和編譯優化的方法即可。
4、關鍵點
1）本質：從程式員視角可以了解為，Java 記憶體模型規範了 JVM 如何提供按需禁用緩存和編譯優化的方法。
2）按需禁用的方法：包括 volatile、synchronized 和 final 三個關鍵字，以及六項 Happens-Before 規則
02 | 三個關鍵字：volatile、synchronized、final
1、volatile
1）定義：告訴編譯器，對這個變量的讀寫，不能使用 CPU 緩存，必須從記憶體中讀取或者寫入
2）Java 記憶體模型在 1.5 版本對 volatile 語義進行了增強，Java 記憶體模型利用Happens-Before 規則，使 volatile 圓滿解決了CPU 緩存導緻可見性問題
2、synchronized
3、final
1）volatile 表示的是禁用緩存以及編譯優化
2）final 修飾變量時，初衷是告訴編譯器：這個變量生而不變，可以可勁兒優化
3）使用final要注意“逸出”問題。
03 | 六項 Happens-Before 規則
1、導讀
1）Happens-Before 它真正要表達的是：前面一個操作的結果對後續操作是可見的
2）比較正式的說法：Happens-Before 限制了編譯器的優化行為，雖允許編譯器優化，但是要求編譯器優化後一定遵守 Happens-Before 規則
3）Happens-Before 規則中和程式員相關的規則一共有六項，都是關于可見性的。
2、程式的順序性規則
1）定義：指在一個線程中，按照程式順序，前面的操作 Happens-Before 于後續的任意操作
2）通俗了解：程式前面對某個變量的修改一定是對後續操作可見的。
3、Volatile 變量規則
1）定義：指對一個 volatile 變量的寫操作， Happens-Before 于後續對這個 volatile 變量的讀操作
2）關聯傳遞性規則更容易了解。
4、傳遞性
1）定義：指如果 A Happens-Before B，且 B Happens-Before C，那麼 A Happens-Before C
2）圖例講解：
- “x=42” Happens-Before 寫變量 “v=true” ，這是【程式的順序性規則】的内容；
- 寫變量“v=true” Happens-Before 讀變量 “v=true”，這是【Volatile 變量規則】的内容 。
- 再根據【傳遞性規則】可得：“x=42” Happens-Before 讀變量“v=true”，即線程B能看到“x=42”
5、管程中鎖的規則
1）定義：指對一個鎖的解鎖 Happens-Before 于後續對這個鎖的加鎖
2）管程是一種通用的同步原語，在 Java 中指的就是 synchronized，synchronized 是 Java 裡對管程的實作
3）管程中的鎖在 Java 裡是隐式實作的，加鎖以及釋放鎖都是編譯器幫我們實作的。
4）例子講解：線程A通過加鎖-修改變量（x由10變為25）-解鎖，線程B獲得鎖後，可以看到線程A修改後的變量值（x=25）。
6、線程 start() 規則
1）定義：它是指主線程 A 啟動子線程 B 後，子線程 B 能夠看到主線程在啟動子線程 B 前的操作
2）通俗來講，如果線程 A 調用線程 B 的 start() 方法（即線上程 A 中啟動線程 B），那麼該 start() 操作 Happens-Before 于線程 B 中的任意操作
7、線程 join() 規則
1）定義：指主線程 A 等待子線程 B 完成（主線程 A 通過調用子線程 B 的 join() 方法實作），當子線程 B 完成後（主線程 A 中 join() 方法傳回），主線程能夠看到子線程的操作
2）通俗來講，如果線上程 A 中，調用線程 B 的 join() 并成功傳回，那麼線程 B 中的任意操作 Happens-Before 于該 join() 操作的傳回
04 | 小結
1、導讀
1）Java 記憶體模型裡面，最晦澀的部分就是 Happens-Before 規則了
2）在現實世界裡，如果 A 事件是導緻 B 事件的起因，那麼 A 事件一定是先于（Happens-Before）B 事件發生的，這個就是 Happens-Before 語義的現實了解
2、Happens-Before 的語義本質
1）在 Java 語言裡面，Happens-Before 的語義本質上是一種可見性
2）定義：A Happens-Before B 意味着 A 事件對 B 事件來說是可見的，無論 A 事件和 B 事件是否發生在同一個線程裡
3）例子：A 事件發生線上程 1 上，B 事件發生線上程 2 上，Happens-Before 規則保證線程 2 上也能看到 A 事件的發生
3、Java 記憶體模型由兩部分組成
1）一部分面向編寫并發程式的應用開發人員，該部分核心内容是 Happens-Before 規則
2）另一部分面向 JVM 的實作人員
05 | 思維導圖
1、Java記憶體模型思維導圖
參考文獻：
[1]王寶令. Java并發程式設計實戰[M]. 極客時間, 2019.