概念层面的可见性
什么是线程间的可见性？
一个线程对共享变量值的修改，能够及时的被其他线程看到。
什么是共享变量？
如果一个变量在多个线程的工作内存中都存在副本，那么这个变量就是这几个线程的共享变量。
什么是java内存模型？（Java Memory Model，简称JMM）
JMM描述了java程序中各种变量（线程共享变量）的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取出变量这样的底层细节。
规则1：
1>所有的变量都存储在主内存中
2>每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程使用到的变量的副本（主内存中该变量的一份拷贝）
规则2：
1>线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主内存中读写
2>不同线程之间无法直接访问其他线程工作内存中的变量，线程间变量的传递需要通过主内存来完成
模型图如下：
共享变量可见性实现的原理：
线程1对共享变量的修改要想被线程2及时看到，必须经过如下2个步骤：
1>把工作内存1中更新过的共享变量刷新到主内存中
2>将主内存中最新的共享变量的值更新到工作内存2中
java语言层面支持的可见性实现方式有以下两种：
1>synchronized
2>volatile
synchronized实现可见性以及原子性
JMM关于synchronized的两条规定：
1>线程解锁前（退出synchronized代码块之前），必须把共享变量的最新值刷新到主内存中，也就是说线程退出synchronized代码块值后，主内存中保存的共享变量的值已经是最新的了
2>线程加锁时（进入synchronized代码块之后），将清空工作内存中共享变量的值，从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值（注意：加锁与解锁需要是同一把锁）
两者结合：线程解锁前对共享变量的修改在下次加锁时对其他线程可见
根据以上推出线程执行互斥代码的过程：
1>获得互斥锁（进入synchronized代码块）
2>清空工作内存
3>从主内存拷贝变量的最新副本到工作内存
4>执行代码
5>将更改后的共享变量的值刷新到主内存
6>释放互斥锁（退出synchronized代码块）
什么是指令重排序？
代码书写的顺序与实际执行的顺序不同，指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而做的优化（有些代码翻译成机器指令之后，如果进行一个重排序，那可能重排序之后的顺序更加符合CPU执行的特点，这样就可以最大限度发挥CPU的性能）
1>编译器优化的重排序（编译器）
2>指令级并行重排序（处理器优化）
3>内存系统的重排序(处理器优化)
什么是as-if-serial语义？
无论如何重排序，程序执行的结果应该与代码顺序执行的结果一致（java编译器、运行时和处理器都会保证java在单线程下遵循as-if-serial语义）
int num1=1;
int num2=2;
int sum=num1+num2;
单线程：第1、2行的顺序可以重排，但第3行不能
案例：
public class SynchronizedDemo {
//共享变量
private boolean ready=false;
private int result=0;
private int number=1;
//写操作
public void write(){
ready=true; //1.1
number=2; //1.2
}
//读操作
public void read(){
if(ready){ //2.1
result=number*3; //2.2
}
System.out.println("result的值为："+result);
}
//内部线程类
private class ReadWriteThread extends Thread{
//根据构造方法中传入的flag参数，确定线程执行读操作还是写操作
private boolean flag;
public ReadWriteThread(boolean flag){
this.flag=flag;
}
@Override
public void run() {
if(flag){
//构造方法中传入true，执行写操作
write();
}else{
//构造方法中传入false，执行读操作
read();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
SynchronizedDemo synDemo=new SynchronizedDemo();
//启动线程执行写操作
synDemo.new ReadWriteThread(true).start();
//启动线程执行读操作
synDemo.new ReadWriteThread(false).start();
}
}以上代码的执行结果可能有如下情况：
1>以上代码的执行顺序：1.1->2.1->2.2->1.2 result的值为3
2>以上代码的执行顺序：1.2->2.1->2.2->1.1 result的值为0
这四行代码都有可能进行重排序，如2.1和2.2重排序后：
int mid=number*3
if(ready){
result=mid;
}导致共享变量在线程间不可见的原因：
1>线程的交叉执行
2>重排序结合线程交叉执行
3>共享变量更新后的值没有在工作内存与主内存间及时更新
解决方案：只需确保写线程在读线程执行之前执行完。（注意：这里直接在读方法和写方法之前加入synchronized关键字也不能解决该问题，因为线程还是会交叉执行，一会儿读方法先执行一会儿写方法先执行，这样导致结果还是会不一致）
public static void main(String[] args) {
SynchronizedDemo synDemo=new SynchronizedDemo();
//启动线程执行写操作
synDemo.new ReadWriteThread(true).start();
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//启动线程执行读操作
synDemo.new ReadWriteThread(false).start();
}volatile实现可见性
volatile特性：
1>能够保证volatile变量的可见性
2>不能保证volatile变量复合操作的原子性
如何实现内存可见性？
深入来说：通过加入内存屏障和禁止重排序优化来实现的
1>对volatile变量执行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令
2>对volatile变量执行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令
通俗的讲：volatile变量在每次被线程访问时，都强迫从主内存中重读该变量的值，而当该变量发生变化时，又会强迫线程将最新的值刷新到主内存。这样任何时刻，不同的线程总能看到该变量的最新值。
线程写volatile变量的过程：
1.改变线程工作内存中volatile变量副本的值
2.将改变后的副本的值从工作内存刷新到主内存
线程读volatile变量的过程：
1.从主内存中读取volatile变量的最新值到线程的工作内存中
2.从工作内存中读取volatile变量的副本
volatile为什么不能保证volatile变量复合操作的原子性？
通俗的讲，volatile不能加锁，对number++;的操作会被多个线程交叉执行，导致出现不同的结果。
private volatile int number=0;//不能保证原子性
number++; 不是原子操作以上代码可以分为如下操作：
1.读取number的值
2.将number的值加1
3.写入最新的number的值
案例：
public class VolatileDemo {
private int number=0;
public int getNumber() {
return number;
}
public void setNumber(int number) {
this.number = number;
}
public void increase(){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.number++;
}
public static void main(String[] args) {
VolatileDemo volatileDemo=new VolatileDemo();
for(int i=0;i<500;i++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
volatileDemo.increase();
}
}).start();
}
//如果还有子线程在运行，主线程就让出CPU资源，直到
//所有的子线程全部运行完了，主线程再继续往下执行
while (Thread.activeCount()>2){//这里eclipse是1，IDEA是2，不同编译器之间的差别
Thread.yield();
System.out.println("我让出了CPU资源，当前还有"+Thread.activeCount()+"个线程");
}
System.out.println("number:"+volatileDemo.getNumber());
}
}以上代码分析如下：
假设number=5
1.线程A读取number的值，这时线程A阻塞了，线程A工作内存的number=5
2.线程B读取number的值，并且执行了加1操作
3.线程B写入最新的number值，此时线程B工作内存的number=6，主内存number=6
4.线程A重新获取了CPU执行权，并且进行了加1操作
5.线程A写入最新的number值，此时线程A工作内存的number=6，主内存number=6
6.两次number++只增加了1，就导致结果可能小于500
那么怎样保证代码每次执行结果都是500呢？
1.使用synchronized代码块
public void increase(){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (this){
this.number++;//加入synchronized，变为原子操作（一次只能被一个线程访问）
}
}2.使用ReentrantLock（类似synchronized 代码块，保证this.number++;一次只能被一个线程访问）
private Lock lock=new ReentrantLock();
private volatile int number=0;
public int getNumber() {
return number;
}
public void setNumber(int number) {
this.number = number;
}
public void increase(){
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
lock.lock();//加锁
try {
this.number++;
} finally {
lock.unlock();//释放锁
}
}volatile适用场所
要在多线程中安全的使用volatile变量，必须同时满足：
1.对变量的写入操作不依赖其当前值
不满足：number++，count=count*5
满足：Boolean变量，记录温度变化的变量等
2.该变量没有包含在具有其他变量的不变式中
不满足：不变式low小于up
synchronized和volatile的比较
1.volatile不需要加锁，比synchronized更轻量级，不会阻塞线程
2.从内存可见性角度讲，volatile读操作=进入synchronized代码块（加锁），volatile写操作=退出synchronized代码块（解锁）
3.synchronized既能保证可见性，又能保证原子性，而volatile只能保证可见性，不能保证原子性