Java并发编程：volatile关键字解析及内存模型

个人整理自： 博客园-海子-http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html

1、线程内存模型：
　　缓存一致性协议（如MESI），每个线程有单独的内存存放共享变量的副本。
　　它核心的思想是：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取。

2、并发中的三个概念
　　2.1原子性：要么不执行，要么执行不被打断；
　　2.2可见性：一个线程修改共享变量的值，其他线程能立即看到；
　　2.3有序性：jvm会对代码进行指令重排序；虽然不会影响单一线程的结果，但会影响多线程条件下的正确性；
3、java内存模型：
　　　　jvm规范视图制定一种java内存模型（jmm）屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异。在jmm中也会存在缓存一致性和指令重排序问题；
　　3.1原子性：jmm只保证基本读取和基本赋值（x=y不是）是原子性操作；
　　3.2可见性：volatile关键字：当某个线程修改共享变量的值时，会立即将其更新到主存，并使其他线程内的值无效，通知其从新从主存读取；
　　　　　　　synchronized和Lock也能保证可见性：同一时刻只有一个线程获取锁，更新值，在所释放前，更新到主存。
　　3.3有序性：volatile只能保证一定的有序性，
　　　　　　　　synchronized和Lock能完全保证。
　　　　　　　　jmm具备部分先天有序性：happen-before原则；
4、volatile对三种概念的支持：
　　4.1可见性：完全支持，修改后写入主存，通知其他对应变量线程缓存无效，从主存读；
　　4.2原子性：无法保证，如对volatile int n；thread1读取变量n，并检查缓存有效，然后被阻塞；thread2读取n后修改，写会主存阻塞；thread1继续running，还是修改前的值。
　　4.3有序性：一定程度，volatile禁止指令重排序：如volatile i++；它保证volatile之前所有对i的操作都已经被执行，且i++发生在所有后续代码执行之前。
5、volatile的底层原理：
　　实际上在class文件中，标有volatile的变量在进行写操作时，会在前面加上lock质量前缀：
　　5.1将当前处理器缓存行的数据写回到内存。lock指令前缀在执行指令的期间，会产生一个lock信号，lock信号会保证在该信号期间会独占任何共享内存。lock信号一般不锁总线，而是锁缓存。因为锁总线的开销会很大。
　　5.2将缓存行的数据写回到内存的操作会使得其他CPU缓存了该地址的数据无效。
6、应用场景：
　　6.1状态标记量 volatile boolean flag = false;
　　6.2双重检查double check