深入理解JVM 595页
12.2 硬件的效率与一致性
现代计算机系统都不得不加入一层或多 层读写速度尽可能接近处理器运算速度的高速缓存（Cache）来作为内存与处理器之间的缓冲：将运算 需要使用的数据复制到缓存中，让运算能快速进行，当运算结束后再从缓存同步回内存之中，这样处 理器就无须等待缓慢的内存读写了。
12.3 Java内存模型
Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中（此处的主内存与介绍物理 硬件时提到的主内存名字一样，两者也可以类比，但物理上它仅是虚拟机内存的一部分）。每条线程 还有自己的工作内存（Working Memory，可与前面讲的处理器高速缓存类比），线程的工作内存中保 存了被该线程使用的变量的主内存副本[2]，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内 存中进行，而不能直接读写主内存中的数据[3]。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变 量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成，线程、主内存、工作内存三者的交互关系如图122所示，注意与图12-1进行对比。
12.3.3 对于volatile型变量的特殊规则
关键字volatile可以说是Java虚拟机提供的最轻量级的同步机制，但是它并不容易被正确、完整地 理解，以至于许多程序员都习惯去避免使用它，遇到需要处理多线程数据竞争问题的时候一律使用 synchronized来进行同步。了解volatile变量的语义对后面理解多线程操作的其他特性很有意义，在本节 中我们将多花费一些篇幅介绍volatile到底意味着什么。
Java内存模型为volatile专门定义了一些特殊的访问规则，在介绍这些比较拗口的规则定义之前， 先用一些不那么正式，但通俗易懂的语言来介绍一下这个关键字的作用。
当一个变量被定义成volatile之后，它将具备两项特性：第一项是保证此变量对所有线程的可见 性，这里的“可见性”是指当一条线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程来说是可以立即得知 的。而普通变量并不能做到这一点，普通变量的值在线程间传递时均需要通过主内存来完成。比如， 线程A修改一个普通变量的值，然后向主内存进行回写，另外一条线程B在线程A回写完成了之后再对 主内存进行读取操作，新变量值才会对线程B可见。
关于volatile变量的可见性，经常会被开发人员误解，他们会误以为下面的描述是正确的：“volatile 变量对所有线程是立即可见的，对volatile变量所有的写操作都能立刻反映到其他线程之中。换句话 说，volatile变量在各个线程中是一致的，所以基于volatile变量的运算在并发下是线程安全的”。这句话 的论据部分并没有错，但是由其论据并不能得出“基于volatile变量的运算在并发下是线程安全的”这样 的结论。volatile变量在各个线程的工作内存中是不存在一致性问题的（从物理存储的角度看，各个线 程的工作内存中volatile变量也可以存在不一致的情况，但由于每次使用之前都要先刷新，执行引擎看 不到不一致的情况，因此可以认为不存在一致性问题），但是Java里面的运算操作符并非原子操作， 这导致volatile变量的运算在并发下一样是不安全的，我们可以通过一段简单的演示来说明原因，请看 代码清单12-1中演示的例子。
12.3.5 原子性、可见性与有序性
介绍完Java内存模型的相关操作和规则后，我们再整体回顾一下这个模型的特征。Java内存模型是 围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这三个特征来建立的，我们逐个来看一下哪些 操作实现了这三个特性。
1.原子性（Atomicity）
由Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、assign、use、store和write这六个， 我们大致可以认为，基本数据类型的访问、读写都是具备原子性的（例外就是long和double的非原子性 协定，读者只要知道这件事情就可以了，无须太过在意这些几乎不会发生的例外情况）。
如果应用场景需要一个更大范围的原子性保证（经常会遇到），Java内存模型还提供了lock和 unlock操作来满足这种需求，尽管虚拟机未把lock和unlock操作直接开放给用户使用，但是却提供了更 高层次的字节码指令monitorenter和monitorexit来隐式地使用这两个操作。这两个字节码指令反映到Java 代码中就是同步块——synchronized关键字，因此在synchronized块之间的操作也具备原子性。
2.可见性（Visibility）
可见性就是指当一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即得知这个修改。上文在讲解 volatile变量的时候我们已详细讨论过这一点。Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内 存，在变量读取前从主内存刷新变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实现可见性的，无论是 普通变量还是volatile变量都是如此。普通变量与volatile变量的区别是，volatile的特殊规则保证了新值 能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。因此我们可以说volatile保证了多线程操作 时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。
除了volatile之外，Java还有两个关键字能实现可见性，它们是synchronized和final。同步块的可见 性是由“对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store、write操 作）”这条规则获得的。而final关键字的可见性是指：被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化完 成，并且构造器没有把“this”的引用传递出去（this引用逃逸是一件很危险的事情，其他线程有可能通 过这个引用访问到“初始化了一半”的对象），那么在其他线程中就能看见final字段的值。如代码清单 12-7所示，变量i与j都具备可见性，它们无须同步就能被其他线程正确访问。
3.有序性（Ordering）
Java内存模型的有序性在前面讲解volatile时也比较详细地讨论过了，Java程序中天然的有序性可以 总结为一句话：如果在本线程内观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另一个线程， 所有的操作都是无序的。前半句是指“线程内似表现为串行的语义”（Within-Thread As-If-Serial Semantics），后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存与主内存同步延迟”现象。
Java语言提供了volatile和synchronized两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile关键字本 身就包含了禁止指令重排序的语义，而synchronized则是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对 其进行lock操作”这条规则获得的，这个规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。
介绍完并发中三种重要的特性，读者是否发现synchronized关键字在需要这三种特性的时候都可以 作为其中一种的解决方案？看起来很“万能”吧？的确，绝大部分并发控制操作都能使用synchronized来 完成。synchronized的“万能”也间接造就了它被程序员滥用的局面，越“万能”的并发控制，通常会伴随 着越大的性能影响，关于这一点我们将在下一章讲解虚拟机锁优化时再细谈。
介绍完Java内存模型的相关操作和规则后，我们再整体回顾一下这个模型的特征。Java内存模型是 围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这三个特征来建立的，我们逐个来看一下哪些 操作实现了这三个特性。
1.原子性（Atomicity）
由Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、assign、use、store和write这六个， 我们大致可以认为，基本数据类型的访问、读写都是具备原子性的（例外就是long和double的非原子性 协定，读者只要知道这件事情就可以了，无须太过在意这些几乎不会发生的例外情况）。
如果应用场景需要一个更大范围的原子性保证（经常会遇到），Java内存模型还提供了lock和 unlock操作来满足这种需求，尽管虚拟机未把lock和unlock操作直接开放给用户使用，但是却提供了更 高层次的字节码指令monitorenter和monitorexit来隐式地使用这两个操作。这两个字节码指令反映到Java 代码中就是同步块——synchronized关键字，因此在synchronized块之间的操作也具备原子性。
2.可见性（Visibility）
可见性就是指当一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即得知这个修改。上文在讲解 volatile变量的时候我们已详细讨论过这一点。Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内 存，在变量读取前从主内存刷新变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实现可见性的，无论是 普通变量还是volatile变量都是如此。普通变量与volatile变量的区别是，volatile的特殊规则保证了新值 能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。因此我们可以说volatile保证了多线程操作 时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。
除了volatile之外，Java还有两个关键字能实现可见性，它们是synchronized和final。同步块的可见 性是由“对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store、write操 作）”这条规则获得的。而final关键字的可见性是指：被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化完 成，并且构造器没有把“this”的引用传递出去（this引用逃逸是一件很危险的事情，其他线程有可能通 过这个引用访问到“初始化了一半”的对象），那么在其他线程中就能看见final字段的值。如代码清单 12-7所示，变量i与j都具备可见性，它们无须同步就能被其他线程正确访问。
3.有序性（Ordering）
Java内存模型的有序性在前面讲解volatile时也比较详细地讨论过了，Java程序中天然的有序性可以 总结为一句话：如果在本线程内观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另一个线程， 所有的操作都是无序的。前半句是指“线程内似表现为串行的语义”（Within-Thread As-If-Serial Semantics），后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存与主内存同步延迟”现象。
Java语言提供了volatile和synchronized两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile关键字本 身就包含了禁止指令重排序的语义，而synchronized则是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对 其进行lock操作”这条规则获得的，这个规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。
介绍完并发中三种重要的特性，读者是否发现synchronized关键字在需要这三种特性的时候都可以 作为其中一种的解决方案？看起来很“万能”吧？的确，绝大部分并发控制操作都能使用synchronized来 完成。synchronized的“万能”也间接造就了它被程序员滥用的局面，越“万能”的并发控制，通常会伴随 着越大的性能影响，关于这一点我们将在下一章讲解虚拟机锁优化时再细谈。
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