Java内存模型中的可见性、原子性和有序性
原子性(Atomicity)
在Java中，对基本数据类型的读取和赋值操作是原子性操作，所谓原子性操作就是指这些操作是不可中断的，要做一定做完，要么就没有执行。比如：
i = 2;
j = i;
i++;
i = i + 1；
上面4个操作中，i=2是读取操作，必定是原子性操作，j=i你以为是原子性操作，其实吧，分为三步，一是读取i的值，然后再赋值给j,最后将j的值存到写回主存，称不上原子操作，i++和i = i + 1其实是等效的，读取i的值，加1，再写回主存，也3步操作。所以上面的举例中，最后的值可能出现多种情况，就是因为满足不了原子性。
这么说来，只有简单的读取，赋值是原子操作，还只能是用数字赋值，用变量的话还多了一步读取变量值的操作。有个例外是，虚拟机规范中允许对64位数据类型(long和double)，分为2次32位的操作来处理，但是最新JDK实现还是实现了原子操作的。
JMM只实现了基本的原子性，像上面i++那样的操作，必须借助于synchronized和Lock来保证整块代码的原子性了。线程在释放锁之前，必然会把i的值刷回到主存的。
可见性(Visibility)
说到可见性，Java就是利用volatile来提供可见性的。当一个变量被volatile修饰时，那么对它的修改会立刻刷新到主存，当其它线程需要读取该变量时，会去内存中读取新值。而普通变量则不能保证这一点。
其实通过synchronized和Lock也能够保证可见性，线程在释放锁之前，会把共享变量值都刷回主存，但是synchronized和Lock的开销都更大。
有序性（Ordering）
JMM是允许编译器和处理器对指令重排序的，但是规定了as-if-serial语义，即不管怎么重排序，程序的执行结果不能改变。比如下面的程序段：
double pi = 3.14; //A
double r = 1; //B
double s= pi * r * r;//C
上面的语句，可以按照A->B->C执行，结果为3.14,但是也可以按照B->A->C的顺序执行，因为A、B是两句独立的语句，而C则依赖于A、B，所以A、B可以重排序，但是C却不能排到A、B的前面。JMM保证了重排序不会影响到单线程的执行，但是在多线程中却容易出问题。比如这样的代码:
int a = 0;
bool flag = false;
public void write() {
a = 2; //1
flag = true; //2
}
public void multiply() {
if (flag) { //3
int ret = a * a;//4
}
}
假如有两个线程执行上述代码段，线程1先执行write，随后线程2再执行multiply，最后ret的值一定是4吗？结果不一定：
如图所示，write方法里的1和2做了重排序，线程1先对flag赋值为true，随后执行到线程2，ret直接计算出结果，再到线程1，这时候a才赋值为2,很明显迟了一步。
这时候可以为flag加上volatile关键字，禁止重排序，可以确保程序的“有序性”，也可以上重量级的synchronized和Lock来保证有序性,它们能保证那一块区域里的代码都是一次性执行完毕的。
另外，JMM具备一些先天的有序性,即不需要通过任何手段就可以保证的有序性，通常称为happens-before原则。<<JSR-133：Java Memory Model and Thread Specification>>定义了其中包含这样一条规则：volatile变量规则： 对一个volatile域的写，happens-before于后续对这个volatile域的读。即如果一个线程先去写一个变量，另外一个线程再去读，那么写入操作一定在读操作之前。其实就是如果一个变量声明成是volatile的，那么当我读变量时，总是能读到它的最新值，这里最新值是指不管其它哪个线程对该变量做了写操作，都会立刻被更新到主存里，我也能从主存里读到这个刚写入的值。也就是说volatile关键字可以保证可见性以及有序性。
volatile底层的实现机制
如果把加入volatile关键字的代码和未加入volatile关键字的代码都生成汇编代码，会发现加入volatile关键字的代码会多出一个lock前缀指令。lock前缀指令实际相当于一个内存屏障，内存屏障提供了以下功能：
1、重排序时不能把后面的指令重排序到内存屏障之前的位置。
2、使得本CPU的Cache写入内存。
3、写入动作也会引起别的CPU或者别的内核无效化其Cache，相当于让新写入的值对别的线程可见。
volatile使用场景
状态量标记，就如上面对flag的标记：这种对变量的读写操作，标记为volatile可以保证修改对线程立刻可见。比synchronized,Lock有一定的效率提升。
单例模式的实现，典型的双重检查锁定（DCL）：
class Singleton{
private volatile static Singleton instance = null;
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance() {
if(instance==null) {
synchronized (Singleton.class) {
if(instance==null)
instance = new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
这是一种懒汉的单例模式，使用时才创建对象，而且为了避免初始化操作的指令重排序，给instance加上了volatile。
