Java内存模型

Java内存模型（JMM）

　　Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中。每条线程都有自己的工作内存，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。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通过主内存来完成。

内存间交互操作：Java内存模型定义了8种操作来完成。

　　lock（锁定）：作用于主内存的变量，他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，一边随后的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到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到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，他把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复制到工作内存，就要顺序地执行read和load操作；如果要把一个变量从工作内存同步回主内存，就要顺序地执行store和write操作；

Java内存模型规定了在执行上述8种操作时必须满足如下规则：

　　1）不允许read和load、store和write操作之一单独出现；

　　2）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；

　　3）不允许一个线程无原因地把数据从线程的工作内存同步回主内存；

　　4）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的变量；

　　5）一个变量在同一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；

　　6）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操作初始化变量的值；

　　7）如果一个变量事先没有被lock操作锁定，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；

　　8）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；

Volatile关键字

　　是Java虚拟机提供的最轻量级的同步机制，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。volatile变量具备两种特性，其一是保证该变量对所有线程的可见性，可见性是指当一个线程修改了变量的值，那么新值对与其他线程是可以立即获取的。可见性的保正是基于CPU的内存屏障指令，即happens-before原则。对于一个volatile变量的写操作先行发生于对其的读操作。其二是禁止指令重排序，指令重排序是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各个相应的电路单元处理。

　　在访问volatile变量时，不会执行加锁操作，所以不会造成线程阻塞，因此volatile变量是一种比synchronized关键字更轻量级的同步机制。volatile适合场景：一个变量被多个线程共享，线程直接给这个变量赋值。

原子性、可见性与有序性

　　原子性：即一个或多个操作，要么全部执行且执行过程不被任何因素打断，要么全部不执行。read、load、assign、use、store和write这些基本数据类型的访问读写是具备原子性的（除了long和double的非原子性协定）。若需要更大范围的原子性保证，可以通过synchronized和lock实现。对于long和double型变量，允许虚拟机实现选择可以不保证64位数据类型的load、store、read和write这4个操作的原子性，即long和double的非原子性协定。

　　可见性：指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个值。Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存，在变量读取钱从主内存刷新变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式实现可见性的。除了volatile之外，Java还有synchronized、final及lock实现了可见性。同步块的可见性是由对一条变量执行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存中这条规则获得的；final关键字的可见性是指被final修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且构造器没有把this的引用传递出去，那在其他线程中就能看到final字段的值。

　　有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。Java语言提供了volatile和synchronized关键字来保证线程之间操作的有序性。volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义，而synchronized是由一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作这条规则获得的，这条规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地执行。

先行发生原则（happens-before原则）：先行发生是Java内存模型定义的亮相操作之间的偏序关系。

　　程序次序规则：在一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作；

　　管程锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作；

　　volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作；

　　线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作；

　　线程终止规则：线程中所有操作先行发生于对此线程的终止检测。可以通过Thread.jion()方法结束、Thread.isAlive()的返回值等手段检测到线程已经终止执行；

　　线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到的中断事件的发生；

　　对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始；

　　传递性：如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。

原文链接:https://www.cnblogs.com/HuiH/p/12005906.html
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