一、前言
上文講過了虛擬機的內存劃分，即，我們將內存分爲線程共享和線程私有。
線程共享的即java堆，和方法區。java堆大家可能都不會陌生；而方法區中包含了常量池，他也被稱爲永久代。通常方法區也會被叫做非堆，但是在邏輯上，他卻是java堆的一部分，而且有些虛擬機會將方法區直接與java堆合併。
線程私有的就是虛擬機棧了，而虛擬機棧，本地方法棧，以及程序計數器。這裏我們就不展開討論了。
上面我就簡單的回顧了虛擬機的內存劃分部分，下面開始正文。
二、java內存模型簡述
1、主內存
java內存模型規定了，所有的變量都必須存儲在主內存當中。
2、工作內存
每天線程私有的內存，即工作內存。
工作內存中保存了該線程所使用的變量的主內存的副本的拷貝。線程對變量所做的操作，都必須在工作內存中進行。
不同個的線程，無法訪問對方的工作內存變量，只能通過主內存，來達到線程、工作內存、主內存三者之間的信息交互。
簡圖如下：
主內存、工作內存，與我上一篇博客中講述的java內存區域中的堆、棧、方法區等，並不是同一個層次的內存劃分。
不同，爲了方便記憶，我們可以這麼理解：
主內存對應的是java堆中的實例數據部分，工作內存對應的是java虛擬機棧中的部分區域。
從計算機的組織原理來說，我們也可以這麼來理解，主內存對應的是物理硬件的內存，所以如果主內存與進程進行數據交互，它將是非常耗時的。
工作內存優先存儲在寄存器和高速緩存中，因爲程序在運行一般訪問的是工作內存。
（所以我在上篇博客的開頭就講了，拋開操作系統和組織原理來講虛擬機，就是在耍流氓 =_=）
三、關於原子性的二三事
1、從一段代碼開始
No BB, show code
private static volatile int i = 0;
public static void add(){
i++;
}
public static void main(String [] args){
for(int c=0; c<20; c++){
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int k = 0; k<10000; k++){
add();
}
}
});
thread.start();
}
while (Thread.activeCount()>1){
Thread.yield();
}
System.out.println(i);
}
如果你看過上面的代碼，那可以繼續閱讀，如果沒有見過上面的代碼，這裏建議思考下，最後輸出的值是多少？
顯而易見，結果並不是200000。（如果最後的結果就是200000，那麼我舉這個例子幹嘛 =。=）
2、虛擬機內部的原子操作
無論是長輩，還是其他人的建議，都提過，帶着問題閱讀的效率會比漫無目的閱讀，效果好很多，所以上面我提出了問題，下文自然是爲了解決問題而展開的額討論和說明。這裏，先從java虛擬機內存的操作開始講起。
lock：作用於主內存，將主內存的某變量標誌爲一條線程獨佔。
unlock：作用於主內存，將主內存中的變量，從鎖定狀態解放出來，解放出來的變量，纔可以重新被其他線程佔用。
read：作用於主內存，將主內存中的變量，從主內存傳輸到工作內存中。
load：作用於工作內存，將read到的值，放到工作內存的副本當中。
use：作用於工作內存，將工作內存中的一個變量，傳遞給執行引擎。當虛擬機執行的字節碼指令，運用到此值時，使用此操作。
assign：作用於工作內存，將從執行引擎接受到的值，賦值給工作內存的變量。每當執行字節碼的賦值語句時，會使用此操作。
store：作用於工作內存的變量，將工作內存中的變量，傳輸到主內存中。
write：作用於主內存，將store中從工作內存獲取到的變量，放到主內存的變量當中。
3、原子操作的劃分
原子操作分爲兩部分，一般，通過read、load、use、write等讀寫操作，就可以保證數據的原子性。
但是有時候我們需要整塊的業務代碼，都具有原子性時，就需要使用lock與unlock。
4、volatile說明
細心的同學可能已經發現了，我上面的代碼中。遍歷時被volatile聲明。
那麼volatile的作用是什麼呢？
一般來說，volatile變量對所有的線程，都是理解可見的。對於volatile變量所有的寫操作，都能理解反應到其他線程中。
換言之，volatile在所有線程中都是一致的，所以，所有基於volatile變量的運算在併發下都是安全的。
其實不然，volatile變量，並不能保證併發安全。
（1）執行結果對比
| 變量類型 | 執行結果1 | 執行結果2 | 執行結果3 | 執行結果4 | 執行結果5 | 平均值（去掉極值） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| volatile | 186632 | 196403 | 193658 | 197305 | 186825 | 192295 |
| 一般變量 | 178387 | 179369 | 189835 | 174015 | 199458 | 182530 |
我記錄了五次代碼的執行結果。如上表格所示。都不是我們的目標值200000。那是不是說明volatile聲明的變量和不進行聲明，是完全一致的呢？
非也，我在去掉了volatile聲明後，執行得到的結果，如上表格展示。
最後得出的結論是，加了volatile聲明，結果更加趨近目標值。造成這一現象的原因是什麼呢？
(2) 從字節碼開始說明
查看字節碼的方式有一般有兩種。
一是找到生產的class文件，執行 javap指令，查看編譯的代碼。
二是，如果你用的是idea編輯器（idea天下第一），你可以在選中要查看的java類後，點擊view菜單 點擊 Show Bytecode。
這兩種方式，我一般選擇方式二，方式二方便，且查看的代碼格式符合我的閱讀習慣。
public static void add();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=0, args_size=0
0: getstatic #2 // Field i:I
3: iconst_1
4: iadd
5: putstatic #2 // Field i:I
8: return
LineNumberTable:
line 12: 0
line 13: 8
volatile聲明對象的字節碼指令執行流程說明
volatile變量聲明的對象，的的確確是，當他在主內存中的值發生變化，會立即反應到工作內存中。
這裏就有一個節點，也就是我們字節碼中的
getstatic
getstatic指令，此指令，是獲取了當前最新的實時的變量值。後續的對此值進行+1操作，然後返回。但是可能存在一個情況，就是在執行+1操作或者返回操作時，其他線程對這個值進行了處理，導致此線程返回的值並不是正確值了。
可能還是不太理解，我們模擬一下場景。
- 場景①
時刻1：線程A獲取了此值1。（最快）
時刻2：線程B獲取了此值1。（次快）
時刻3：線程C獲取了此值1.（最慢） - 場景②
時刻4：線程A處理完畢了值，且write了值到主內存，執行完畢後主內存的值爲2.
時刻5：線程B，在線程A修改完主內存值後，纔開始執行getstatic指令，最後他執行的是2+1，執行完畢後主內存值爲3
時刻6：線程C，在執行getstatic方法時，線程A已經寫完數據到了主內存，而線程B還在進行+1操作。所以此時主內存值爲2。他再對2進行+1操作，執行完畢後，將3寫入主內存。
所以最後主內存的值爲3，並不是我們的目標值4。這也是我們的代碼執行結果了，小於200000的原因。
不加volatile聲明對象的字節碼流程說明
不加volatile聲明，可能在進入線程後，未進行getstatic指令前，變量值發生了改變，而線程不知道。
所以，這也就是加了
四、線程安全的正確姿勢
講到這裏，我想大家應該對上方的代碼執行結果沒有什麼疑慮了。
但是問題又來了，如何確保能正確的得到目標值呢。
1、萬能的synchronized
相比大家看到此關鍵字，就已經知道了我下面要講什麼了。
public synchronized static void add(){
i++;
}
對add方法，加了synchronized關鍵字進行修飾之後，最後得到的目標結果，就是我們的目標值20000了。
當然，越是萬能，往往代表越是無能。
此方法的性能會比使用自己手動的進行lock以及unlock，性能要差很多。
特別是在1.5的jdk版本，性能差異非常大。不過在後續的jdk版本中，逐漸對synchronized在進行優化。而且官方也推薦這種方式，畢竟，他較之ReentrantLock要優雅、coooooool很多。
2、高性能的ReentrantLock
private static int i = 0;
private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public static void add(){
lock.lock();
try{
i++;
}finally {
lock.unlock();
}
}
即使是i++,我們也要進行try，這是爲了養成良好的語義習慣 =_=
每一次加鎖，必然要進行一次解鎖。不然…嘿嘿嘿嘿
需要說明的是，ReentrantLock（重入鎖）比之synchronized，多了其他的高級功能，等待可中斷、實現公平鎖、所可以綁定多個條件。這裏就不進行展開討論。
3、狹隘的AtomicInteger
private static AtomicInteger i =new AtomicInteger(0);
public static void add(){
i.addAndGet(1);
}
Atomic對象有很多，如AtomicBoolean、AtomicLong等。
他保證了數據操作的原子性，實現原理是通過CAS原理。
何爲CAS？即比較和交換：
獲取主內存值（A），將獲取到的值（A）與新的值（B）放入參數。在此獲取其值，如果，獲取到的值與傳輸的值A一致，就修改主內存值爲新的值B。
這也就是CAS
當然在Atimic的實現中，還是用了Unsafe類，他可以直接操作物理內存！！！！
這裏我們不對他詳細的展開論述。
五、總結
內存模型中，分爲工作內存與主內存。
這麼講其實沒意義，我換個說法，爲什麼要區分工作內存和主內存？？
線程是程序運行的基礎，而線程需要與計算機進行數據交換，而由於計算機的組成，進行數據交換會，有的內存區域傳輸快，有的傳輸慢。而且也爲了保證數據的安全性，我們區分出了主內存（可以狹義的理解爲物理內存）與工作內存（寄存器即高速緩存，當量大時，也會存儲到物理內存中）
在重溫JVM時，我多次的是思考了爲什麼？也就是爲什麼要這麼設計，這麼設計有什麼好處，收益頗多。
六、參考
《深入理解Java虛擬機》