线程、主内存、工作内存
文章的之前我们先连接一点JVM的知识。以便后期的理解
Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中（此处的主内存与介绍物理硬件时提到的主内存名字一样，两者也可以类比，但物理上它仅是虚拟机内存的一部分）。每条线程还有自己的工作内存（Working Memory），可与处理器高速缓存类比，线程的工作内存中保存了被该线程使用的变量的主内存副本，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的数据。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成
线程、主内存、工作内存三者的交互关系图
主内存与工作内存之间具体的交互协议
关于主内存与工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从
工作内存同步回主内存这一类的实现细节，Java内存模型中定义了以下8种操作来完成。Java虚拟机实
现时必须保证下面提及的每一种操作都是原子的、不可再分的（对于double和long类型的变量来说，
load、store、read和write操作在某些平台上允许有例外）
- lock（锁定）：作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一条线程独占的状态。
·unlock（解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定。
- read（读取）：作用于主内存的变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用。
- load（载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。
- use（使用）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。
- assign（赋值）：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收的值赋给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。
- store（存储）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write操作使用。
- write（写入）：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的
变量中。
如果要把一个变量从主内存拷贝到工作内存，那就要按顺序执行read和load操作，如果要把变量从工作内存同步回主内存，就要按顺序执行store和write操作。注意，Java内存模型只要求上述两个操作必须按顺序执行，但不要求是连续执行。
也就是说read与load之间、store与write之间是可插入其他指令的，如对主内存中的变量a、b进行访问时，一种可能出现的顺序是read a、read b、load b、load a。除此之外，Java内存模型还规定了在执行上述8种基本操作时必须满足如下规则：
- 不允许read和load、store和write操作之一单独出现，即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受，或者工作内存发起回写了但主内存不接受的情况出现。
- 不允许一个线程丢弃它最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。
- 不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存中。
- 一个新的变量只能在主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量，换句话说就是对一个变量实施use、store操作之前，必须先执行assign和load操作。
- 一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。
- 如果对一个变量执行lock操作，那将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作以初始化变量的值。
- 如果一个变量事先没有被lock操作锁定，那就不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。
- 对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store、write操作）
案例（不使用volatile）
上代码：
public class Tester{ private static boolean initFlag = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ System.out.println("waiting data ...."); while (!initFlag){ } System.out.println("=============success"); }).start(); Thread.sleep(2000); new Thread(()->prepareDate()).start(); } public static void prepareDate(){ System.out.println("prepare date ..."); initFlag = true; System.out.println("prepare date end ..."); } } /**输出： waiting data .... prepare date ... prepare date end ... */
从上的书中我们会发现输出的语句和我们预想的不太一样。在第二个线程中我们不是已经对数据进行了修改了吗？然而，很明显现在的只有三条数据输出，那么就说明现在程序一直处于死循环之中。
执行流程如下：
分析：程序启动（主线程创建），创建线程一，会执行read，load操作把initFlag=false变量加载到线程的工作内存之中，然后执行use操作，使得数据initFlag却反，之后线程一直处于死循环之中。创建线程二，会执行read，load操作把initFlag=false变量加载到线程的工作内存之中，然后执行use操作，assign赋值true完成后，执行store操作和write操作，主内存的数据就以及赋值为true了。但是线程一的数据依然没有刷新，所以线程一一直处于死循环之中。
案例（使用volatile）
要解决上面的问题很简单，只需要把变量添加volatile就可以了。如下
public class Tester{ private static volatile boolean initFlag = false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { new Thread(()->{ System.out.println("waiting data ...."); while (!initFlag){ } System.out.println("=============success"); }).start(); Thread.sleep(2000); new Thread(()->prepareDate()).start(); } public static void prepareDate(){ System.out.println("prepare date ..."); initFlag = true; System.out.println("prepare date end ..."); } } /** waiting data .... prepare date ... prepare date end ... =============success */
在分析上面的代码之前，我们先补充一点知识：
- 缓存一致性协议（MESI）
多个cpu从主内存读取同一个数据到各自的高速缓存，当其中某个cpu修改了缓存里的数据，该数据会马上同步回主内存，其他cpu通过总线嗅探机制可感知但数据的变化从而将自己的缓存里的数据失效
- 总线嗅探机制
在现代计算机中，CPU 的速度是极高的，如果 CPU 需要存取数据时都直接与内存打交道，在存取过程中，CPU 将一直空闲，这是一种极大的浪费，所以，为了提高处理速度，CPU 不直接和内存进行通信，而是在 CPU 与内存之间加入很多寄存器，多级缓存，它们比内存的存取速度高得多，这样就解决了 CPU 运算速度和内存读取速度不一致问题。
由于 CPU 与内存之间加入了缓存，在进行数据操作时，先将数据从内存拷贝到缓存中，CPU 直接操作的是缓存中的数据。但在多处理器下，将可能导致各自的缓存数据不一致（这也是可见性问题的由来），为了保证各个处理器的缓存是一致的，就会实现缓存一致性协议，而嗅探是实现缓存一致性的常见机制。
要知道：缓存的一致性问题，不是多处理器导致，而是多缓存导致的
嗅探机制工作原理：每个处理器通过监听在总线上传播的数据来检查自己的缓存值是不是过期了，如果处理器发现自己缓存行对应的内存地址修改，就会将当前处理器的缓存行设置无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从主内存中把数据读到处理器缓存中。
注意：基于 CPU 缓存一致性协议，JVM 实现了 volatile 的可见性，但由于总线嗅探机制，会不断的监听总线，如果大量使用 volatile 会引起总线风暴。所以，volatile 的使用要适合具体场景。
- 缓存枷锁
缓存的核心机制是基于缓存一致协议来实现的，一个处理器的缓存会写到内存会导致其他处理器缓存失效，IA-32和Intel 64处理器使用MESI实现缓存一致协议。
好了开始分析：
使用volatile后，触发cpu开启缓存一致协议，然后所有的处理器（cpu）会同步的嗅探总线（监听总线），只要感知到自己工作内存之中也有的数据修改了，那么自己工作内存中该数据的副本失效。于是线程一工作使用中拿不到数据了，又会触发cpu重新从中内存之中读取数据。那么数据就更新了，线程一中的initFlag的值变为了true，那么就跳出了死循环。
