一、Java内存模型

JMM（Java Memory Model）：Java 内存模型，是 Java 虚拟机规范中所定义的一种内存模型，Java 内存模型是标准化的，屏蔽掉了底层不同计算机的区别。也就是说，JMM 是 JVM 中定义的一种并发编程的底层模型机制。

二、volatile

 volatile 的主要作用有两点： 1、保证变量的内存可见性 ，2、 禁止指令重排序

所谓的原子性是指在一次操作或者多次操作中，要么所有的操作全部都得到了执行并且不会受到任何因素的干扰而中断，要么所有的操作都不执行。

在多线程环境下，volatile 关键字可以保证共享数据的可见性，但是并不能保证对数据操作的原子性。也就是说，多线程环境下，使用 volatile 修饰的变量是线程不安全的。

要解决这个问题，我们可以使用锁机制，或者使用原子类（如 AtomicInteger）。

什么是重排序？

为了提高性能，在遵守 as-if-serial 语义（即不管怎么重排序，单线程下程序的执行结果不能被改变。编译器，runtime 和处理器都必须遵守。）的情况下，编译器和处理器常常会对指令做重排序。

一般重排序可以分为如下三种类型：

• 编译器优化重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
• 指令级并行重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
• 内存系统重排序。由于处理器使用缓存和读 / 写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

内存屏障指令

为了实现 volatile 内存语义（即内存可见性），JMM 会限制特定类型的编译器和处理器重排序。为此，JMM 针对编译器制定了 volatile 重排序规则表，如下所示：

happens-before 概述

上面我们讲述了重排序原则，为了提高处理速度， JVM 会对代码进行编译优化，也就是指令重排序优化，但是并发编程下指令重排序也会带来一些安全隐患：如指令重排序导致的多个线程操作之间的不可见性。为了理解 JMM 提供的内存可见性保证，让程序员再去学习复杂的重排序规则以及这些规则的具体实现，那么程序员的负担就太重了，严重影响了并发编程的效率。

所以从 JDK5 开始，提出了 happens-before 的概念，通过这个概念来阐述操作之间的内存可见性。如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在 happens-before 关系。这里提到的两个操作既可以是在一个线程之内，也可以是在不同线程之间。

happens-before 规则如下：

• 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before 于该线程中的任意后续操作。
• 监视器锁规则：对一个监视器锁的解锁，happens-before 于随后对这个监视器锁的加锁。
• volatile 变量规则：对一个 volatile 域的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读。
• 传递性：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。
• start() 规则：Thread.start() 的调用会 happens-before 于启动线程里面的动作。
• join() 规则：Thread 中的所有动作都 happens-before 于其他线程从 Thread.join() 中成功返回。

这里特别说明一下，happens-before 规则不是描述实际操作的先后顺序，它是用来描述可见性的一种规则。

从 happens-before 的 volatile 变量规则可知，如果线程 A 写入了 volatile 修饰的变量 V，接着线程 B 读取了变量 V，那么，线程 A 写入变量 V 及之前的写操作都对线程 B 可见。

三、总结

• volatile 修饰符适用于以下场景：某个属性被多个线程共享，其中有一个线程修改了此属性，其他线程可以立即得到修改后的值；或者作为状态变量，如 flag = ture，实现轻量级同步。
• volatile 属性的读写操作都是无锁的，它不能替代 synchronized，因为它没有提供原子性和互斥性。因为无锁，不需要花费时间在获取锁和释放锁上，所以说它是低成本的。
• volatile 只能作用于属性，我们用 volatile 修饰属性，这样编译器就不会对这个属性做指令重排序。
• volatile 提供了可见性，任何一个线程对其的修改将立马对其他线程可见。
• volatile 提供了 happens-before 保证，对 volatile 变量 V 的写入 happens-before 所有其他线程后续对 V 的读操作。
• volatile 可以使纯赋值操作是原子的，如 boolean flag = true; falg = false。
• volatile 可以在单例双重检查中实现可见性和禁止指令重排序，从而保证安全性。