如果要把一個變量從主內(nèi)存復(fù)制到工作內(nèi)存，那就要按順序地執(zhí)行read和load操作，如果要把變量從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存，就要按順序執(zhí)行store和write操作。

注意：Java內(nèi)存模型只要求上述兩個操作必須按順序執(zhí)行，而沒有保證必須是連續(xù)執(zhí)行的。也就是說read與load之間、store與write之間是可插入其他指令的，如對主內(nèi)存中的變量a、b進(jìn)行訪問時，一種可能出現(xiàn)的順序是read a、read b、load b、 load a。

Java內(nèi)存操作的規(guī)定

• 不允許read和load、store和write操作之一單獨出現(xiàn)，即不允許一個變量從主內(nèi)存讀取了但工作內(nèi)存不接受，或者從工作內(nèi)存發(fā)起回寫了但主內(nèi)存不接受的情況出現(xiàn)。
• 不允許一個線程丟棄它的最近的assign操作，即變量在工作內(nèi)存中改變了之后必須把該變化同步回主內(nèi)存。
• 不允許一個線程無原因地（沒有發(fā)生過任何assign操作）把數(shù)據(jù)從線程的工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存。
• 一個新的變量只能在主內(nèi)存中“誕生”，不允許在工作內(nèi)存中直接使用一個未被初始化（load或assign）的變量。
• 一個變量在同一個時刻只允許一條線程對其進(jìn)行l(wèi)ock操作，但lock操作可以被同一條線程重復(fù)執(zhí)行多次，多次執(zhí)行l(wèi)ock后，只有執(zhí)行相同次數(shù)的unlock操作，變量才會被解鎖。
• 如果對一個變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，將會清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用這個變量前，需要重新執(zhí)行l(wèi)oad或assign操作初始化變量的值。
• 如果一個變量事先沒有被lock操作鎖定，則不允許對它執(zhí)行unlock操作；也不允許去unlock一個被其他線程鎖定的變量。
• 對一個變量執(zhí)行unlock操作之前，必須把此變量同步回主內(nèi)存中（執(zhí)行store和write操作）。

對于volatile型變量的特殊規(guī)則

關(guān)鍵字volatile可以說是Java虛擬機提供的最輕量級的同步機制。Java內(nèi)存模型對volatile專門定義了一些特殊的訪問規(guī)則。
當(dāng)一個變量被定義成volatile之后，它將具備兩種特性：

1. 保證此變量對所有線程的可見性，這里的“可見性”是指當(dāng)一條線程修改了這個變量的值，新值對于其他線程來說是可以立即得知的。

由于volatile變量只能保證可見性，在不符合以下兩條規(guī)則的運算場景中，我們依然要通過加鎖來保證原子性。

1. 運算結(jié)果并不依賴變量的當(dāng)前值，或者能夠確保只有單一的線程修改變量的值。
2. 變量不需要與其他的狀態(tài)變量共同參與不變約束。
   如下代碼示例就很適合volatile變量來控制并發(fā)

volatile boolean isShutdown;
public void shutdown() {
 isShutdown = true
}

public void doWork() {
   while(!isShutdown) {
       // do something
   }
}

2. 禁止指令重排序優(yōu)化，普通的變量僅僅會保證在該方法的執(zhí)行過程中所有依賴賦值結(jié)果的地方都能獲取到正確的結(jié)果，而不能保證變量賦值操作的順序與程序代碼中的執(zhí)行順序一致。

volatile性能

1. volatile同步機制的性能要優(yōu)于鎖（使用synchronized關(guān)鍵字或java.util.concurrent包里面的鎖）;
2. volatile變量讀操作的性能消耗與普通變量幾乎沒有什么差別，但是寫操作則可能會慢上一些，因為它需要在本地代碼中插入許多內(nèi)存屏障（Memory Barrier 或Memory Fence）指令來保證處理器不發(fā)生亂序。

對于long和double型變量的特殊規(guī)則

Java內(nèi)存模型要求lock、unlock、read、load、assign、use、store和write這八個操作都具有原子性，但是對于64位的數(shù)據(jù)類型（long和double），在模型中特別定義一條寬松的規(guī)定：允許虛擬機將沒有被volatile修飾的64位數(shù)據(jù)的讀寫操作劃分為兩次32位的操作來進(jìn)行，也就是允許虛擬機實現(xiàn)選擇可以不保證64位數(shù)據(jù)類型的load、store、read和write這四個操作的原子性。
如果有多個線程共享一個并未聲明為volatile的long或double類型的變量，并且同時對它們進(jìn)行讀取和修改操作，那么某些線程可能會讀取到一個即非原值，也不是其他線程修改值的代表了半個變量的數(shù)值。
不過這種讀取到半個變量的情況非常罕見，因為Java內(nèi)存模型雖然允許虛擬機不把long和double變量的讀寫實現(xiàn)成原子操作，但允許虛擬機把這些操作實現(xiàn)為具有原子性的操作，而且還強烈建議虛擬機這樣實現(xiàn)。
目前各種估測下的商用虛擬機幾乎都選擇把64位數(shù)據(jù)的讀寫操作作為原子操作對待，因此我們在編碼是不需要將long和double變量專門聲明為volatile。

原子性、可見性與有序性

Java內(nèi)存模型是圍繞著在并發(fā)過程中如何處理原子性、可見性和有序性這三個特征來建立的，我們逐個來看一下哪些操作實現(xiàn)了這三個特性。

• 原子性（Atomicity） - 由Java內(nèi)存模型來直接保證的原子性變量操作包括read、load、assign、use、store和write這六個，我們大致可以認(rèn)為基本數(shù)據(jù)類型的訪問讀寫是具備原子性的。如果需要一個更大范圍的原子性保證，sychronized關(guān)鍵字同步塊提供了這類操作（隱式插入字節(jié)碼指令monitorenter和monitorexit）。
• 可見性（Visibility） - 可見性就是指當(dāng)一個線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即得知這個修改。上面我們已經(jīng)講過了volatile具有這個能力，除了volatile之外，Java還有兩個關(guān)鍵字能實現(xiàn)可見性，即synchronized和final。同步塊（synchronized）的可見性是由”對一個變量執(zhí)行unlock操作之前，必須先把此變量同步回主內(nèi)存中”這條規(guī)則獲得的，而final關(guān)鍵字的可見性是指：被final修飾的字段在構(gòu)造器中一旦被初始化完成，那么其他線程中就能看到final字段的值。
• 有序性（Ordering） - Java內(nèi)存模型的有序性已經(jīng)在前面講解volatile時詳細(xì)討論過了，Java程序中天然的有序性可以總結(jié)為一句話：如果在本線程內(nèi)觀察，所有的操作都是有序的；如果在一個線程中觀察另一個線程，所有的操作都是無序的。前半句是指線程內(nèi)表現(xiàn)為串行的語義，后半句是指指令重排現(xiàn)象和工作內(nèi)存與主內(nèi)存同步延遲現(xiàn)象。

PS: 通過上面我們發(fā)現(xiàn)synchronized關(guān)鍵字在需要這三種特性時都可以作為其中一種的解決方案，看起來很萬能，這也是間接造就它被濫用的局面。

先行發(fā)生原則

如果Java內(nèi)存模型中所有的有序性都只能靠volatile和synchronized來完成，那么有些操作將會變得很啰嗦，但是我們在編寫Java并發(fā)代碼時并沒有感覺到這一點，這是因為Java語言中有一個先行發(fā)生（happens-before）的原則。
這個原則非常重要，它是判斷數(shù)據(jù)是否存在競爭，線程是否安全的主要依據(jù)。
下面是Java內(nèi)存模型下一些天然的先行發(fā)生關(guān)系，這些先行發(fā)生關(guān)系無須任何同步器協(xié)助就已經(jīng)存在，可以在編碼中直接使用。如果兩個操作之間的關(guān)系不在此列，并且無法從下列規(guī)則推導(dǎo)出來的話，它們就沒有順序性保障，虛擬機可以對它們進(jìn)行隨意重排序。

• 程序次序規(guī)則（Program Order Rule） - 在一個線程內(nèi)，按照程序代碼順序，書寫在前面的操作先行發(fā)生于書寫在后面的操作。
• 管和鎖定規(guī)則（Monitor Lock Rule） - 一個unlock操作先行發(fā)生于后面對同一個鎖的lock操作。
• volatile變量規(guī)則（Volatile Variable Rule） - 對一個volatile變量的寫操作先行發(fā)生于后面對這個變量的讀操作。
• 線程啟動規(guī)則（Thread Start Rule） - Thread對象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每一個動作。
• 線程終止規(guī)則（Thread Termination Rule） - 線程中的所有操作都先行發(fā)生于對此線程的終止檢測，我們可以通過Thread.join()方法結(jié)束、ThreadisAlive()的返回值等手段檢測到線程已經(jīng)終止執(zhí)行。
• 線程中斷規(guī)則（Thread Interruption Rule） - 對線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發(fā)生，可以通過Thread.interrupted()方法檢測到是否有中斷發(fā)生。
• 對象終結(jié)規(guī)則（Finalizer Rule） - 一個對象的初始化完成先行發(fā)生于它的finalize()方法的開始。
• 傳遞性（Transitivity） - 如果操作A先行發(fā)生于操作B，操作B先行發(fā)生于操作C，那就可以得出操作A先行發(fā)生于操作C的結(jié)論。