可见性

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假设线程A将某个值写入到了字段x中，而线程B读取到了该值。称其为“线程A向x的写值对线程B是可见的”。“是否是可见的”这个性质就称为可见性。
在单线程程序中，无需在意可见性。这是因为，线程总是可以看见自己写入到字段中的值。
但是，在多线程程序中必须注意可见性。这是因为，如果没有使用synchronized或volatile正确地进行同步，线程A写入到字段中的值可能并不会立即对线程B可见。

示例

Java内存模型可能会导致Runner线程永远在while循环中不停地循环。也就是说，代码中的程序可能会失去生存性。

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public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Runner runner = new Runner();
        runner.start();
        runner.shutdown();
    }
}

class Runner extends Thread {
    private boolean quit = false;

    public void run() {
        while (!quit) {
        }

        System.out.println("Done");
    }

    public void shutdown() {
        quit = true;
    }
}

原因是，向字段quit写值的线程（主线程）与读取字段quit的线程（Runner）是不同的线程。主线程向quit写入的true这个值可能对Runner线程永远不可见。
如果以“缓存”的思路来理解不可见的原因可能会有助于理解。主线程向quit写入的这个true值可能只是被保存在主线程的缓存中。而Runner线程从quit读取到的值，仍然是在Runner线程的缓存中保存着的值false，并没有任何变化。

代码是未正确同步的程序。不过如果将quit声明为volatile字段，就可以实现正确同步的程序。

共享内存与操作

在Java内存模型中，线程A写入的值并不一定会立即对线程B可见。下图展示了线程A和线程B通过字段进行数据交互的情形。

kdiawj.png

共享内存（shared memory）是所有线程共享的存储空间，也被称为堆内存（heap memory）。因为实例会被全部保存在共享内存中，所以实例中的字段也存在于共享内存中。此外，数组的元素也被保存在共享内存中。也就是说，可以使用new在共享内存中分配存储空间。

局部变量不会被保存在共享内存中。通常，除局部变量外，方法的形参、catch语句块中编写的异常处理器的参数等也不会被保存在共享内存中，而是被保存在各个线程持有的栈中。正是由于它们没有被保存在共享内存中，所以其他线程不会访问它们。

在Java内存模型中，只有可以被多个线程访问的共享内存才会发生问题。

上图一共展示了以下6种操作：

(1) normal read操作
(2) normal write操作
(3) volatile read操作
(4) volatile write操作
(5) lock操作
(6) unlock操作

这里，(3)～(6)的操作是进行同步的同步操作。进行同步的操作具有防止重排序，控制可见性的效果。

normal read/normal write操作表示的是对普通字段（volatile以外的字段）的读写。这些操作是通过缓存来执行的。因此，通过normal read读取到的值并不一定是最新的值，通过normal write写入的值也不一定会立即对其他线程可见。

volatile read/volatile write操作表示的是对volatile字段的读写。由于这些操作并不是涌过缓存来执行的，所以通过volatile read读取到的值一定是最新的值，通过volatile write写入的值也会立即对其他线程可见。

lock/unlock操作是当程序中使用了synchronized关键字时进行互斥处理的操作，lock操作可以获取实例的锁，unlock操作可以释放实例的锁。

之所以在normal read/normal write操作中使用缓存，是为了提高性能。