线程同步: volatile

并发可见性问题

可见性：线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到

static boolean stop = false;

new Thread(() -> {
    // 线程1 执行
    System.out.println("线程1 is running...");
    // 线程1 等待线程2将 stop状态改为true，然后停止执行
    while (!stop) ;
    // 然后输出
    System.out.println("线程1 is terminated.");
}).start();
Thread.sleep(10);
new Thread(() -> {
    // 线程2 执行
    System.out.println("线程2 is running...");
    // 线程2 将状态改为true，此时线程1应该停止执行
    stop = true;
    // 线程2 执行
    System.out.println("线程2 B is terminated.");
}).start();

执行结果：

线程1 is running...
线程2 is running...
线程2 is terminated.
// 线程1 仍然在执行，虽然stop已经变成了true

上面的程序中，线程2的虽然将共享变量stop设置为了true，但是线程1仍然继续执行，确实存在不可见性的问题。

线程之间不可见

线程之间的不可见是有Java内存模型决定的：

1. Java所有变量都存储在主内存中

2. 每个线程都有自己独立的工作空间

3. 每个线程的工作空间中，存储了使用到的共享变量的副本

4. 线程对共享变量的操作,都会在自己的工作内存中进行，不能直接在主内存中读写

5. 不同线程之间，无法访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成

volatile保证可见性

上述程序如果想要保证可见性，只需要给变量 stop 添加关键字 volatile 即可，volatile的意思是可变的、易变的，指代此变量会发生变化:

static volatile boolean stop = false;

volatile 保证可见性是通过store与load指令完成的；也就是对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store指令，即强迫线程将最新的值刷新到主内存中；而在读操作时，会加入一条load指令，即强迫从主内存中读入变量的值。

volatile不保证volatile变量的原子性

synchronized保证可见性

注意，synchronized也可以保证可见性: 在JMM中，synchronized规定，线程在加锁时， 先清空工作内存→在主内存中拷贝最新变量的副本到工作内存→执行完代码→将更改后的共享变量的值刷新到主内存中→释放互斥锁。

CPU MESI

CPU缓存一致性协议。

指令重排序

CPU在执行指令前，为了提高执行效率，会进行指令重排序，而volatile关键字将会禁止指令重排序。

单例模式-双重检查锁

public class ST {

    public static /*volatile*/ ST INSTANCE;

    public static ST getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (ST.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new ST();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

上述INSTANCE变量没有增加 volatile，在超高并发下有可能因指令重排序发生问题。以 Object o = new Object(); 为例，转换的指令如下：

NEW java/lang/Object # 申请内存
DUP
INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V # 初始化成员变量
ASTORE 1 # 赋值给引用

由于现代CPU大多采用流水线式的执行方式，JVM也有类似的指令重排序，所以指令执行的顺序并不一定按着从上至下的顺序执行，所以上述指令执行可能变为：

申请内存
赋值给引用 #此时不是null
初始化对象

所以判断 InSTANCE == null 位false，retrun了一个 申请内存后给的默认值，而程序期待的是一个初始化完成的Object对象。

读屏障、写屏障

CPU支持两种原语，在这两种原语中的所有指令不可进行重排序：

• loadfence

• storefence