Java内存模型：解决可见性和有序性问题
01 | Java 内存模型
1、导读
1）可见性、原子性、有序性是并发编程的 Bug 之源
2） Java 内存模型是面试热点，同时也是分析并发问题的基础
3）Java 内存模型是个很复杂的规范，可以从不同的视角来解读
2、Java 内存模型作用
1）解决可见性
2）解决有序性
3、简析出现Java 内存模型的原因
1）缓存和编译优化分别导致可见性和有序性问题，一刀切禁用虽然可以解决问题，但严重影响性能，合理的方案是按需禁用缓存以及编译优化。
2）为了解决可见性和有序性问题，只需要提供给程序员按需禁用缓存和编译优化的方法即可。
4、关键点
1）本质：从程序员视角可以理解为，Java 内存模型规范了 JVM 如何提供按需禁用缓存和编译优化的方法。
2）按需禁用的方法：包括 volatile、synchronized 和 final 三个关键字，以及六项 Happens-Before 规则
02 | 三个关键字：volatile、synchronized、final
1、volatile
1）定义：告诉编译器，对这个变量的读写，不能使用 CPU 缓存，必须从内存中读取或者写入
2）Java 内存模型在 1.5 版本对 volatile 语义进行了增强，Java 内存模型利用Happens-Before 规则，使 volatile 圆满解决了CPU 缓存导致可见性问题
2、synchronized
3、final
1）volatile 表示的是禁用缓存以及编译优化
2）final 修饰变量时，初衷是告诉编译器：这个变量生而不变，可以可劲儿优化
3）使用final要注意“逸出”问题。
03 | 六项 Happens-Before 规则
1、导读
1）Happens-Before 它真正要表达的是：前面一个操作的结果对后续操作是可见的
2）比较正式的说法：Happens-Before 约束了编译器的优化行为，虽允许编译器优化，但是要求编译器优化后一定遵守 Happens-Before 规则
3）Happens-Before 规则中和程序员相关的规则一共有六项，都是关于可见性的。
2、程序的顺序性规则
1）定义：指在一个线程中，按照程序顺序，前面的操作 Happens-Before 于后续的任意操作
2）通俗理解：程序前面对某个变量的修改一定是对后续操作可见的。
3、Volatile 变量规则
1）定义：指对一个 volatile 变量的写操作， Happens-Before 于后续对这个 volatile 变量的读操作
2）关联传递性规则更容易理解。
4、传递性
1）定义：指如果 A Happens-Before B，且 B Happens-Before C，那么 A Happens-Before C
2）图例讲解：
- “x=42” Happens-Before 写变量 “v=true” ，这是【程序的顺序性规则】的内容；
- 写变量“v=true” Happens-Before 读变量 “v=true”，这是【Volatile 变量规则】的内容 。
- 再根据【传递性规则】可得：“x=42” Happens-Before 读变量“v=true”，即线程B能看到“x=42”
5、管程中锁的规则
1）定义：指对一个锁的解锁 Happens-Before 于后续对这个锁的加锁
2）管程是一种通用的同步原语，在 Java 中指的就是 synchronized，synchronized 是 Java 里对管程的实现
3）管程中的锁在 Java 里是隐式实现的，加锁以及释放锁都是编译器帮我们实现的。
4）例子讲解：线程A通过加锁-修改变量（x由10变为25）-解锁，线程B获得锁后，可以看到线程A修改后的变量值（x=25）。
6、线程 start() 规则
1）定义：它是指主线程 A 启动子线程 B 后，子线程 B 能够看到主线程在启动子线程 B 前的操作
2）通俗来讲，如果线程 A 调用线程 B 的 start() 方法（即在线程 A 中启动线程 B），那么该 start() 操作 Happens-Before 于线程 B 中的任意操作
7、线程 join() 规则
1）定义：指主线程 A 等待子线程 B 完成（主线程 A 通过调用子线程 B 的 join() 方法实现），当子线程 B 完成后（主线程 A 中 join() 方法返回），主线程能够看到子线程的操作
2）通俗来讲，如果在线程 A 中，调用线程 B 的 join() 并成功返回，那么线程 B 中的任意操作 Happens-Before 于该 join() 操作的返回
04 | 小结
1、导读
1）Java 内存模型里面，最晦涩的部分就是 Happens-Before 规则了
2）在现实世界里，如果 A 事件是导致 B 事件的起因，那么 A 事件一定是先于（Happens-Before）B 事件发生的，这个就是 Happens-Before 语义的现实理解
2、Happens-Before 的语义本质
1）在 Java 语言里面，Happens-Before 的语义本质上是一种可见性
2）定义：A Happens-Before B 意味着 A 事件对 B 事件来说是可见的，无论 A 事件和 B 事件是否发生在同一个线程里
3）例子：A 事件发生在线程 1 上，B 事件发生在线程 2 上，Happens-Before 规则保证线程 2 上也能看到 A 事件的发生
3、Java 内存模型由两部分组成
1）一部分面向编写并发程序的应用开发人员，该部分核心内容是 Happens-Before 规则
2）另一部分面向 JVM 的实现人员
05 | 思维导图
1、Java内存模型思维导图
参考文献：
[1]王宝令. Java并发编程实战[M]. 极客时间, 2019.