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《面渣逆袭》Java并发编程 篇 · 第 3/7 章。原版 PDF（下载 / 打印）
18.说一下你对Java内存模型（JMM）的理解？
Java 内存模型（JavaMemoryModel ，JMM ），是一种抽象的模型，被定义出来屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异。
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（M ainMemory ）
中，每个线程都有一个私有的本地内存（LocalMemory ），本地内存中存储了该线程以读/ 写共享变量的副本。
Java 内存模型的抽象图：
本地内存是JMM 的 一个抽象概念，并不真实存在。它其实涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
图里面的是一个双核 CPU 系统架构 ，每个核有自己的控制器和运算器，其中控制器包含一组寄存器和操作控制器，运算器执行算术逻辅运算。每个核都有自己的一级缓存，在有些架构里面还有一个所有
CPU 共享的二级缓存。 那么 Java 内存模型里面的工作内存，就对应这里的 Ll 缓存或者 L2 缓存或者 CPU 寄存器。
19.说说你对原子性、可见性、有序性的理解？
原子性、有序性、可见性是并发编程中非常重要的基础概念，JMM 的很多技术都是围绕着这三大特性展开。
原子性：原子性指的是一个操作是不可分割、不可中断的，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就全不执行。
可见性：可见性指的是一个线程修改了某一个共享变量的值时，其它线程能够立即知道这个修改。
有序性：有序性指的是对于一个线程的执行代码，从前往后依次执行，单线程下可以认为程序是有序的，但是并发时有可能会发生指令重排。
分析下面几行代码的原子性？
int i = 2;
int j = i;
i++;
i = i + 1;第1 句是基本类型赋值，是原子性操作。
第2 句先读i 的值，再赋值到j ，两步操作，不能保证原子性。
第3 和第4 句其实是等效的，先读取i 的值，再+ 1 ，最后赋值到i ，三步操作了，不能保证原子性。
原子性、可见性、有序性都应该怎么保证呢？
原子性：JMM 只能保证基本的原子性，如果要保证一个代码块的原子性，需要使
用synchronized 。
可见性：Java是利用volatile 关键字来保证可见性的，除此之外，final 和synchronized 也能保证可见性。
有序性：synchronized 或者volatile 都可以保证多线程之间操作的有序性。20.那说说什么是指令重排？
在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分3 种类型。
- 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，可以重新安排语句的执行顺
序。
- 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-LevelParallelism ，
ILP ）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应 机器指令的执行顺序。
- 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在
乱序执行。
从Java 源代码到最终实际执行的指令序列，会分别经历下面3 种重排序，如图：
我们比较熟悉的双重校验单例模式就是一个经典的指令重排的例子，Singletoninstance=new
**Singleton() ；**对应的JVM 指令分为三步：分配内存空间- -> 初始化对象- --> 对象指向分配的内存空间，但是经过了编译器的指令重排序，第二步和第三步就可能会重排序。
JMM 属于语言级的内存模型，它确保在不同的编译器和不同的处理器平台之上，通过禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序，为程序员提供一致的内存可见性保证。
21.指令重排有限制吗？happens-before了解吗？
指令重排也是有一些限制的，有两个规则happens-before和as-if-serial来约束。
happens-before 的定义：
如果一个操作happens-before 另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
两个操作之间存在happens-before 关系，并不意味着Java 平台的具体实现必须要按照 happens-
before 关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before 关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法
happens-before 和我们息息相关的有六大规则：
程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before 于该线程中的任意后续操作。
监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before 于随后对这个锁的加锁。
volatile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。传递性：如果Ahappens-beforeB ，且Bhappens-beforeC ，那么Ahappens-beforeC 。
start()规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()（启动线程B），那么A线程的
ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作。
join()规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作 happens-
before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回。22.as-if-serial又是什么？单线程的程序一定是顺序的吗？
as-if-serial 语义的意思是：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），单线程程序的执行
结果不能被改变。编译器、runtime 和处理器都必须遵守a s-if-serial 语义。
为了遵守a s-if-serial 语义，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。但是，如果操作之间不存在数据依赖关系，这些操作就可能被编译器和处理器重排序。为了具体说明，请看下面计算圆面积的代码示例。
doublepi=3.14; //A
doubler=1.0; //B
doublearea=pirr; //C上面3 个操作的数据依赖关系：
A 和C 之间存在数据依赖关系，同时B 和C 之间也存在数据依赖关系。因此在最终执行的指令序列中，C不能被重排序到A 和B 的前面（C 排到A 和B 的前面，程序的结果将会被改变）。但A 和B 之间没有数据依赖关系，编译器和处理器可以重排序A 和B 之间的执行顺序。
所以最终，程序可能会有两种执行顺序：
as-if-serial 语义把单线程程序保护了起来，遵守a s-if-serial 语义的编译器、runtime 和处理器共同编织了这么一个“ 楚门的世界” ：单线程程序是按程序的“ 顺序” 来执行的。a s-if-serial 语义使单线程情况下，我们不需要担心重排序的问题，可见性的问题。
23.volatile实现原理了解吗？
volatile有两个作用，保证可见性和有序性。
volatile怎么保证可见性的呢？相比synchronized 的加锁方式来解决共享变量的内存可见性问题，volatile 就是更轻量的选择，它没有上下文切换的额外开销成本。
volatile 可以确保对某个变量的更新对其他线程马上可见，一个变量被声明为volatile 时，线程在写入变量时不会把值缓存在寄存器或者其他地方，而是会把值刷新回主内存 当其它线程读取该共享变量 ，会从主内存重新获取最新值，而不是使用当前线程的本地内存中的值。
例如，我们声明一个 volatile 变量 volatile int x = 0，线程A修改x=1，修改完之后就会把新的值刷新回主内存，线程B 读取x 的时候，就会清空本地内存变量，然后再从主内存获取最新值。
volatile怎么保证有序性的呢？重排序可以分为编译器重排序和处理器重排序，valatile 保证有序性，就是通过分别限制这两种类型的重排序。
为了实现volatile 的内存语义，编译器在生成字节码时，会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。
1.在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore 屏障
2.在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad 屏障
3.在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad 屏障
4.在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore 屏障
