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在上一篇文章中總結(jié)了雖然這種回答似乎不能獲取什么內(nèi)容，可以google下。在<<深入理解Java虛擬機(jī)>>中看到的定義。原文如下： 當(dāng)多個(gè)線程訪問同一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果不用考慮這些線程在運(yùn)行時(shí)環(huán)境下的調(diào)度和交替運(yùn)行，也不需要進(jìn)行額外的同步，或者在調(diào)用方進(jìn)行任何其他的協(xié)調(diào)操作，調(diào)用這個(gè)對(duì)象的行為都可以獲取正確的結(jié)果，那這個(gè)對(duì)象是線程安全的。
關(guān)于定義的理解這是一個(gè)仁者見仁智者見智的事情。出現(xiàn)線程安全的問題一般是因?yàn)橹鲀?nèi)存和工作內(nèi)存數(shù)據(jù)不一致性和重排序?qū)е碌模鉀Q線程安全的問題最重要的就是理解這兩種問題是怎么來(lái)的，那么，理解它們的核心在于理解java內(nèi)存模型（JMM）。
在多線程條件下，多個(gè)線程肯定會(huì)相互協(xié)作完成一件事情，一般來(lái)說就會(huì)涉及到多個(gè)線程間相互通信告知彼此的狀態(tài)以及當(dāng)前的執(zhí)行結(jié)果等，另外，為了性能優(yōu)化，還會(huì)涉及到編譯器指令重排序和處理器指令重排序。下面會(huì)一一來(lái)聊聊這些知識(shí)。
線程間協(xié)作通信可以類比人與人之間的協(xié)作的方式，在現(xiàn)實(shí)生活中，之前網(wǎng)上有個(gè)流行語(yǔ)“你媽喊你回家吃飯了”，就以這個(gè)生活場(chǎng)景為例，小.明在外面玩耍，小.明媽媽在家里做飯，做晚飯后準(zhǔn)備叫小.明回家吃飯，那么就存在兩種方式：
小.明媽媽要去上班了十分緊急這個(gè)時(shí)候手機(jī)又沒有電了，于是就在桌子上貼了一張紙條“飯做好了，放在...”小.明回家后看到紙條如愿吃到媽媽做的飯菜，那么，如果將小.明媽媽和小.明作為兩個(gè)線程，那么這張紙條就是這兩個(gè)線程間通信的共享變量，通過讀寫共享變量實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線程間協(xié)作；
還有一種方式就是，媽.媽.的手機(jī)還有電，媽媽在趕去坐公交的路上給小.明打了個(gè)電話，這種方式就是通知機(jī)制來(lái)完成協(xié)作。同樣，可以引申到線程間通信機(jī)制。
通過上面這個(gè)例子，應(yīng)該有些認(rèn)識(shí)。在并發(fā)編程中主要需要解決兩個(gè)問題：1. 線程之間如何通信；2.線程之間如何完成同步（這里的線程指的是并發(fā)執(zhí)行的活動(dòng)實(shí)體）。通信是指線程之間以何種機(jī)制來(lái)交換信息，主要有兩種：共享內(nèi)存和消息傳遞。這里，可以分別類比上面的兩個(gè)舉例。
java內(nèi)存模型是共享內(nèi)存的并發(fā)模型，線程之間主要通過讀-寫共享變量來(lái)完成隱式通信。如果程序員不能理解Java的共享內(nèi)存模型在編寫并發(fā)程序時(shí)一定會(huì)遇到各種各樣關(guān)于內(nèi)存可見性的問題。
1.哪些是共享變量
在java程序中所有實(shí)例域，靜態(tài)域和數(shù)組元素都是放在堆內(nèi)存中（所有線程均可訪問到，是可以共享的），而局部變量，方法定義參數(shù)和異常處理器參數(shù)不會(huì)在線程間共享。共享數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)線程安全的問題，而非共享數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)線程安全的問題。關(guān)于JVM運(yùn)行時(shí)內(nèi)存區(qū)域在后面的文章會(huì)講到。
2.JMM抽象結(jié)構(gòu)模型
我們知道CPU的處理速度和主存的讀寫速度不是一個(gè)量級(jí)的，為了平衡這種巨大的差距，每個(gè)CPU都會(huì)有緩存。因此，共享變量會(huì)先放在主存中，每個(gè)線程都有屬于自己的工作內(nèi)存，并且會(huì)把位于主存中的共享變量拷貝到自己的工作內(nèi)存，之后的讀寫操作均使用位于工作內(nèi)存的變量副本，并在某個(gè)時(shí)刻將工作內(nèi)存的變量副本寫回到主存中去。JMM就從抽象層次定義了這種方式，并且JMM決定了一個(gè)線程對(duì)共享變量的寫入何時(shí)對(duì)其他線程是可見的。
如圖為JMM抽象示意圖，線程A和線程B之間要完成通信的話，要經(jīng)歷如下兩步：
線程A從主內(nèi)存中將共享變量讀入線程A的工作內(nèi)存后并進(jìn)行操作，之后將數(shù)據(jù)重新寫回到主內(nèi)存中；
線程B從主存中讀取最新的共享變量
從橫向去看看，線程A和線程B就好像通過共享變量在進(jìn)行隱式通信。這其中有很有意思的問題，如果線程A更新后數(shù)據(jù)并沒有及時(shí)寫回到主存，而此時(shí)線程B讀到的是過期的數(shù)據(jù)，這就出現(xiàn)了“臟讀”現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^同步機(jī)制（控制不同線程間操作發(fā)生的相對(duì)順序）來(lái)解決或者通過volatile關(guān)鍵字使得每次volatile變量都能夠強(qiáng)制刷新到主存，從而對(duì)每個(gè)線程都是可見的。
一個(gè)好的內(nèi)存模型實(shí)際上會(huì)放松對(duì)處理器和編譯器規(guī)則的束縛，也就是說軟件技術(shù)和硬件技術(shù)都為同一個(gè)目標(biāo)而進(jìn)行奮斗：在不改變程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能提高并行度。JMM對(duì)底層盡量減少約束，使其能夠發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。因此，在執(zhí)行程序時(shí)，為了提高性能，編譯器和處理器常常會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序。一般重排序可以分為如下三種：
編譯器優(yōu)化的重排序。編譯器在不改變單線程程序語(yǔ)義的前提下，可以重新安排語(yǔ)句的執(zhí)行順序；
指令級(jí)并行的重排序?，F(xiàn)代處理器采用了指令級(jí)并行技術(shù)來(lái)將多條指令重疊執(zhí)行。如果不存在數(shù)據(jù)依賴性，處理器可以改變語(yǔ)句對(duì)應(yīng)機(jī)器指令的執(zhí)行順序；
內(nèi)存系統(tǒng)的重排序。由于處理器使用緩存和讀/寫緩沖區(qū)，這使得加載和存儲(chǔ)操作看上去可能是在亂序執(zhí)行的。
如圖，1屬于編譯器重排序，而2和3統(tǒng)稱為處理器重排序。這些重排序會(huì)導(dǎo)致線程安全的問題，一個(gè)很經(jīng)典的例子就是DCL問題，這個(gè)在以后的文章中會(huì)具體去聊。針對(duì)編譯器重排序，JMM的編譯器重排序規(guī)則會(huì)禁止一些特定類型的編譯器重排序；針對(duì)處理器重排序，編譯器在生成指令序列的時(shí)候會(huì)通過插入內(nèi)存屏障指令來(lái)禁止某些特殊的處理器重排序。
那么什么情況下，不能進(jìn)行重排序了？下面就來(lái)說說數(shù)據(jù)依賴性。
有如下代碼：
double?pi?=?3.14?//A ?double?r?=?1.0???//B ?double?area?=?pi?*?r?*?r?//C
這是一個(gè)計(jì)算圓面積的代碼，由于A,B之間沒有任何關(guān)系，對(duì)最終結(jié)果也不會(huì)存在關(guān)系，它們之間執(zhí)行順序可以重排序。因此可以執(zhí)行順序可以是A->B->C或者B->A->C執(zhí)行最終結(jié)果都是3.14，即A和B之間沒有數(shù)據(jù)依賴性。
具體的定義為：如果兩個(gè)操作訪問同一個(gè)變量，且這兩個(gè)操作有一個(gè)為寫操作，此時(shí)這兩個(gè)操作就存在數(shù)據(jù)依賴性這里就存在三種情況：1. 讀后寫；2.寫后寫；3. 寫后讀，者三種操作都是存在數(shù)據(jù)依賴性的，如果重排序會(huì)對(duì)最終執(zhí)行結(jié)果會(huì)存在影響。
編譯器和處理器在重排序時(shí)，會(huì)遵守?cái)?shù)據(jù)依賴性，編譯器和處理器不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴性關(guān)系的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序
另外，還有一個(gè)比較有意思的就是as-if-serial語(yǔ)義。
as-if-serial
as-if-serial語(yǔ)義的意思是：不管怎么重排序（編譯器和處理器為了提供并行度），（單線程）程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。編譯器，runtime和處理器都必須遵守as-if-serial語(yǔ)義。as-if-serial語(yǔ)義把單線程程序保護(hù)了起來(lái)，遵守as-if-serial語(yǔ)義的編譯器，runtime和處理器共同為編寫單線程程序的程序員創(chuàng)建了一個(gè)幻覺：?jiǎn)尉€程程序是按程序的順序來(lái)執(zhí)行的。
比如上面計(jì)算圓面積的代碼，在單線程中，會(huì)讓人感覺代碼是一行一行順序執(zhí)行上，實(shí)際上A,B兩行不存在數(shù)據(jù)依賴性可能會(huì)進(jìn)行重排序，即A，B不是順序執(zhí)行的。as-if-serial語(yǔ)義使程序員不必?fù)?dān)心單線程中重排序的問題干擾他們，也無(wú)需擔(dān)心內(nèi)存可見性問題。
4. happens-before規(guī)則
上面的內(nèi)容講述了重排序原則，一會(huì)是編譯器重排序一會(huì)是處理器重排序，如果讓程序員再去了解這些底層的實(shí)現(xiàn)以及具體規(guī)則，那么程序員的負(fù)擔(dān)就太重了，嚴(yán)重影響了并發(fā)編程的效率。因此，JMM為程序員在上層提供了六條規(guī)則，這樣我們就可以根據(jù)規(guī)則去推論跨線程的內(nèi)存可見性問題，而不用再去理解底層重排序的規(guī)則。下面以兩個(gè)方面來(lái)說。
4.1 happens-before定義
happens-before的概念最初由Leslie Lamport在其一篇影響深遠(yuǎn)的論文（《Time，Clocks and the Ordering of Events in a Distributed System》）中提出，有興趣的可以google一下。JSR-133使用happens-before的概念來(lái)指定兩個(gè)操作之間的執(zhí)行順序。由于這兩個(gè)操作可以在一個(gè)線程之內(nèi)，也可以是在不同線程之間。
因此，JMM可以通過happens-before關(guān)系向程序員提供跨線程的內(nèi)存可見性保證（如果A線程的寫操作a與B線程的讀操作b之間存在happens-before關(guān)系，盡管a操作和b操作在不同的線程中執(zhí)行，但JMM向程序員保證a操作將對(duì)b操作可見）。
具體的定義為：
1）如果一個(gè)操作happens-before另一個(gè)操作，那么第一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果將對(duì)第二個(gè)操作可見，而且第一個(gè)操作的執(zhí)行順序排在第二個(gè)操作之前。
2）兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)必須要按照happens-before關(guān)系指定的順序來(lái)執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果，與按happens-before關(guān)系來(lái)執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法（也就是說，JMM允許這種重排序）。
上面的1）是JMM對(duì)程序員的承諾。從程序員的角度來(lái)說，可以這樣理解happens-before關(guān)系：如果A happens-before B，那么Java內(nèi)存模型將向程序員保證——A操作的結(jié)果將對(duì)B可見，且A的執(zhí)行順序排在B之前。注意，這只是Java內(nèi)存模型向程序員做出的保證！
上面的2）是JMM對(duì)編譯器和處理器重排序的約束原則。正如前面所言，JMM其實(shí)是在遵循一個(gè)基本原則：只要不改變程序的執(zhí)行結(jié)果（指的是單線程程序和正確同步的多線程程序），編譯器和處理器怎么優(yōu)化都行。
JMM這么做的原因是：程序員對(duì)于這兩個(gè)操作是否真的被重排序并不關(guān)心，程序員關(guān)心的是程序執(zhí)行時(shí)的語(yǔ)義不能被改變（即執(zhí)行結(jié)果不能被改變）。因此，happens-before關(guān)系本質(zhì)上和as-if-serial語(yǔ)義是一回事。
下面來(lái)比較一下as-if-serial和happens-before:
as-if-serial VS happens-before
as-if-serial語(yǔ)義保證單線程內(nèi)程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變，happens-before關(guān)系保證正確同步的多線程程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變。
as-if-serial語(yǔ)義給編寫單線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：?jiǎn)尉€程程序是按程序的順序來(lái)執(zhí)行的。happens-before關(guān)系給編寫正確同步的多線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：正確同步的多線程程序是按happens-before指定的順序來(lái)執(zhí)行的。
as-if-serial語(yǔ)義和happens-before這么做的目的，都是為了在不改變程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能地提高程序執(zhí)行的并行度。
4.2 具體規(guī)則
具體的一共有六項(xiàng)規(guī)則：
程序順序規(guī)則：一個(gè)線程中的每個(gè)操作，happens-before于該線程中的任意后續(xù)操作。
監(jiān)視器鎖規(guī)則：對(duì)一個(gè)鎖的解鎖，happens-before于隨后對(duì)這個(gè)鎖的加鎖。
volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對(duì)這個(gè)volatile域的讀。
傳遞性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。
start()規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.start()（啟動(dòng)線程B），那么A線程的ThreadB.start()操作happens-before于線程B中的任意操作。
join()規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.join()并成功返回，那么線程B中的任意操作happens-before于線程A從ThreadB.join()操作成功返回。
程序中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupted()方法的調(diào)用先行于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷時(shí)間的發(fā)生。
對(duì)象finalize規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化完成（構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束）先行于發(fā)生它的finalize()方法的開始。
下面以一個(gè)具體的例子來(lái)講下如何使用這些規(guī)則進(jìn)行推論：
依舊以上面計(jì)算圓面積的進(jìn)行描述。利用程序順序規(guī)則（規(guī)則1）存在三個(gè)happens-before關(guān)系：
1. A happens-before B；
2. B happens-before C;
3. A happens-before C。
這里的第三個(gè)關(guān)系是利用傳遞性進(jìn)行推論的。
A happens-before B,定義1要求A執(zhí)行結(jié)果對(duì)B可見，并且A操作的執(zhí)行順序在B操作之前，但與此同時(shí)利用定義中的第二條，A,B操作彼此不存在數(shù)據(jù)依賴性，兩個(gè)操作的執(zhí)行順序?qū)ψ罱K結(jié)果都不會(huì)產(chǎn)生影響，在不改變最終結(jié)果的前提下，允許A，B兩個(gè)操作重排序，即happens-before關(guān)系并不代表了最終的執(zhí)行順序。
5. 總結(jié)
上面已經(jīng)聊了關(guān)于JMM的兩個(gè)方面：
1. JMM的抽象結(jié)構(gòu)（主內(nèi)存和線程工作內(nèi)存）；
2. 重排序以及happens-before規(guī)則。
接下來(lái)，我們來(lái)做一個(gè)總結(jié)。從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。
1. 如果讓我們?cè)O(shè)計(jì)JMM應(yīng)該從哪些方面考慮，也就是說JMM承擔(dān)哪些功能；
2. happens-before與JMM的關(guān)系；
3. 由于JMM，多線程情況下可能會(huì)出現(xiàn)哪些問題？
5.1 JMM的設(shè)計(jì)
JMM是語(yǔ)言級(jí)的內(nèi)存模型，在我的理解中JMM處于中間層，包含了兩個(gè)方面：
（1）內(nèi)存模型；
（2）重排序以及happens-before規(guī)則。
同時(shí)，為了禁止特定類型的重排序會(huì)對(duì)編譯器和處理器指令序列加以控制。
而上層會(huì)有基于JMM的關(guān)鍵字和J.U.C包下的一些具體類用來(lái)方便程序員能夠迅速高效率的進(jìn)行并發(fā)編程。站在JMM設(shè)計(jì)者的角度，在設(shè)計(jì)JMM時(shí)需要考慮兩個(gè)關(guān)鍵因素:
程序員對(duì)內(nèi)存模型的使用?程序員希望內(nèi)存模型易于理解、易于編程。程序員希望基于一個(gè)強(qiáng)內(nèi)存模型來(lái)編寫代碼。
編譯器和處理器對(duì)內(nèi)存模型的實(shí)現(xiàn)?編譯器和處理器希望內(nèi)存模型對(duì)它們的束縛越少越好，這樣它們就可以做盡可能多的優(yōu)化來(lái)提高性能。編譯器和處理器希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)弱內(nèi)存模型。
另外還要一個(gè)特別有意思的事情就是關(guān)于重排序問題，更簡(jiǎn)單的說，重排序可以分為兩類：
會(huì)改變程序執(zhí)行結(jié)果的重排序。
不會(huì)改變程序執(zhí)行結(jié)果的重排序。
JMM對(duì)這兩種不同性質(zhì)的重排序，采取了不同的策略，如下。
對(duì)于會(huì)改變程序執(zhí)行結(jié)果的重排序，JMM要求編譯器和處理器必須禁止這種重排序。
對(duì)于不會(huì)改變程序執(zhí)行結(jié)果的重排序，JMM對(duì)編譯器和處理器不做要求（JMM允許這種 重排序）
JMM的設(shè)計(jì)圖為：
從圖可以看出：
JMM向程序員提供的happens-before規(guī)則能滿足程序員的需求。JMM的happens-before規(guī)則不但簡(jiǎn)單易懂，而且也向程序員提供了足夠強(qiáng)的內(nèi)存可見性保證（有些內(nèi)存可見性保證其實(shí)并不一定真實(shí)存在，比如上面的A happens-before B）。
JMM對(duì)編譯器和處理器的束縛已經(jīng)盡可能少。從上面的分析可以看出，JMM其實(shí)是在遵循一個(gè)基本原則：只要不改變程序的執(zhí)行結(jié)果（指的是單線程程序和正確同步的多線程程序），編譯器和處理器怎么優(yōu)化都行。例如，如果編譯器經(jīng)過細(xì)致的分析后，認(rèn)定一個(gè)鎖只會(huì)被單個(gè)線程訪問，那么這個(gè)鎖可以被消除。再如，如果編譯器經(jīng)過細(xì)致的分析后，認(rèn)定一個(gè)volatile變量只會(huì)被單個(gè)線程訪問，那么編譯器可以把這個(gè)volatile變量當(dāng)作一個(gè)普通變量來(lái)對(duì)待。這些優(yōu)化既不會(huì)改變程序的執(zhí)行結(jié)果，又能提高程序的執(zhí)行效率。
5.2 happens-before與JMM的關(guān)系
一個(gè)happens-before規(guī)則對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)編譯器和處理器重排序規(guī)則。對(duì)于Java程序員來(lái)說，happens-before規(guī)則簡(jiǎn)單易懂，它避免Java程序員為了理解JMM提供的內(nèi)存可見性保證而去學(xué)習(xí)復(fù)雜的重排序規(guī)則以及這些規(guī)則的具體實(shí)現(xiàn)方法
5.3 今后可能需要關(guān)注的問題
從上面內(nèi)存抽象結(jié)構(gòu)來(lái)說，可能出在數(shù)據(jù)“臟讀”的現(xiàn)象，這就是數(shù)據(jù)可見性的問題，另外，重排序在多線程中不注意的話也容易存在一些問題，比如一個(gè)很經(jīng)典的問題就是DCL（雙重檢驗(yàn)鎖），這就是需要禁止重排序，另外，在多線程下原子操作例如i++不加以注意的也容易出現(xiàn)線程安全的問題。但總的來(lái)說，在多線程開發(fā)時(shí)需要從原子性，有序性，可見性三個(gè)方面進(jìn)行考慮。J.U.C包下的并發(fā)工具類和并發(fā)容器也是需要花時(shí)間去掌握的，這些東西在以后得文章中多會(huì)一一進(jìn)行討論。
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