1.线程通信和线程同步
线程通信和线程同步是并发编程中需要处理的两个关键问题。
线程通信
在命令式编程中，线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。
在共享内存的并发模型中，线程共享程序的公共状态，通过写-读内存中的公共状态进行隐式通信。
在消息传递的并发模型中，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过发送消息和接收消息来显式进行通信。
线程同步
同步指程序中用于控制不同线程间操作发生的相对顺序的机制。
在共享内存并发模型里，同步是显式进行的，程序员需要显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。
在消息传递并发模型里，同步是隐式进行的，因为消息的发送必须发生在消息的接收之前。、
Java的并发采用的是共享内存模型，Java线程之间的通信总是隐式进行得，通信过程对程序员完全透明。
2.Java内存模型的抽象结构
Java中的数据
共享变量：实例域、静态域和数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享。
非共享变量：局部变量、方法定义参数和异常处理器参数不会在线程之间共享，不受内存模型的影响。
JMM的抽象结构
JMM：Java内存模型，它控制Java线程之间的通信，即决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。
JMM抽象结构：JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存（这是一个抽象概念，并不真实存在），本地内存中存储了该线程已读/写共享变量的副本。JMM涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他硬件和编译器优化。
JMM下的通信过程：通信过程必须通过主存，JMM通过控制主存与每个线程的本地内存之间的交互，来为Java程序提供内存可见性保证。
3.重排序与内存屏障指令
重排序
①编译器优化的重排序：编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重排语句的执行顺序。
②指令级并行的重排序：如果并行的指令不存在数据相关，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
指令级并行技术：多条指令重叠（并行）执行。
③内存系统的重排序：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乱序执行。
Java源代码到最终实际执行的指令序列，会依次经历上述三种重排序。
①属于编译器重排序（软件层面），②③属于处理器重排序。这些重排序可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。
对于编译器，JMM的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序。
对于处理器重排序，JMM的处理器重排序规则会要求Java编译器生成指令序列时，插入特定类型的内存屏障（Memory Barriers）指令，通过这种指令来禁止特定类型的处理器重排序。
JMM属于语言级的内存模型，通过禁止特定类型的重排序，为程序员提供一致的内存可见性保证（尽管在不同平台上）。
内存屏障
△现代处理器使用写缓冲区来临时保存向内存写入的数据，而每个处理器的写缓冲区只对该处理器可见，这就导致了处理器对内存的读/写操作的执行顺序，不一定与内存实际发生的读/写操作顺序一致。为了保证内存可见性，Java编译器在生成指令序列的适当位置会插入内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。JMM把内存屏障指令分为四类：
| 屏障类型 | 指令实例 | 说明 |
|---|---|---|
| LoadLoad Barriers | Load1；LoadLoad；Load2 | 确保“Load1数据的装载”先于“Load2及所有后续装载指令的装载” |
| StoreStore Barriers | Store1；StoreStore；Store2 | 确保“Store1数据对其他处理器可见”（刷新到内存）先于“Store2及所有后续存储指令的存储” |
| LoadStore Barriers | Load1；LoadStore；Store2 | 确保“Load1数据的装载”先于“Store2及所有后续的存储指令刷新到内存” |
| StoreLoad Barriers | Store1；StoreLoad；Load2 | 确保“Store1数据对其他处理器可见”先于“Load2及所有后续装载指令的装载”。StoreLoad Barriers会使该屏障之前的所有内存访问指令完成之后，才执行该屏障之后的内存访问指令 |
StoreLoad Barrirers具有其他三种内存屏障的效果，执行该屏障指令需要的代价最大。
4.happens-before初步理解
JSR-133内存模型使用happens-before的概念来阐述操作之间的内存可见性：在JMM中，如果一个操作A执行的结果需要对另一个操作B可见，那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系（A happens before B）。
与程序员密切相关的happens-before规则： ①程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中得任意后续操作。 ②监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before与随后对这个锁的加锁。 ③volatile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。 ④传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。
△两个操作之间具有happens-before关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行。happens-before仅仅要求前一个操作的执行结果对后一个操作可见。
一个happens-before规则对应一个或多个编译器和处理器重排序规则。