JVM-13.Java内存模型

1. 主内存和工作内存

• 所有变量和都存储在主内存（Main Memory）中
• 每个线程有自己的工作内存（Working Memory）
  • 工作内存保存了该线程使用的变量的主内存副本拷贝
  • 线程对变量的所有操作都在工作内存中进行
  • 不同线程不能访问对方工作内存中的变量，线程间值传递通过主内存完成

2. 内存间相互操作

主内存到工作内存，工作同步回主内存，Java内存模型定义8种操作来完成，JVM保证8种操作都是原子的，不可再分的。：

• lock（锁定）：作用于主内存变量，把一个变量标记为线程独占
• unlock（解锁）：作用于主内存变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，才能给其他线程锁定
• read（读）：作用于主内存变量，将变量值从主内存传输到工作内存，以供load动作使用
• load（载入）：作用于工作内存变量，将read操作从主内存得到的值放入工作内存的变量副本中
• use（使用）：作用于工作区内存变量，将工作内存中的一个值传递给执行引擎，当JVM遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将执行这个操作
• assign（赋值）：作用于工作内存变量，把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量，当JVM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）：用于工作区内存，把工作区中的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）：用于主内存变量，把store操作从工作内存中得到的变量值放到主内存的变量中。

8种操作的规则：

• read和load，store和write不能单独出现
• 线程assign之后必须同步回主内存
• 线程不能无assign就把数据同步回主内存
• 新变量只能在内存中产生
• 同一变量统一时刻只能由一个线程进行lock操作，但是一个线程可以多次lock，之后同样次数的unlock才能解锁变量
• lock操作会清空工作内存中这个变量的值，执行引擎使用这个值之前需要重新load或者assign操作初始化这个值
• 变量没有lock不能unlock，也不能unlock被其他线程lock的变量
• unlock之前必须先同步回主内存

3. volatile

• 变量定义为volatile之后：
  • 所有线程可见：被线程修改的新值其他线程立即可知。普通线程的值需要传回主内存其他线程才知道。
  • 禁止指令重排优化通过在多个CPU访问同一块内存时添加内存屏障实现

4. 原子性，可见性，有序性

• Java内存模型的8种操作保证原子性操作。synchronized块之间的操作也具备原子性
• 可见性；
  • volatile提供多线程操作时变量的可见性
  • synchronized：synchronized块因为“对一个变量进行unlock之前一定要先同步回主内存”这条规则而可以提供可见性
  • final关键字也能提供可见性：被final修饰的字段在构造器中初始化完成后，且构造器没有吧this传递出去，在其他线程中就能看到final的值
• 有序性：如果在本线程内观察，所有操作都是有序的（县城内串行语义）；一个线程内观察另外一个线程，都是无序的（指令同步和主内存同步延迟）。
  • volatile关键之本身具有这个功能
  • synchronized关键字“一个变量在同一时刻只允许一条线成对其进行lock操作”，也就是说持有同一个锁的两个同步块只能串行进入

5. 先行发生原则

操作A先行发生于操作B的话，发生操作B之前，操作A产生的影响能被操作B观察到。 两个操作的关系不从以下规则推到出来的，没有顺序性保证，虚拟机可以对他们进行随意重排序：

• 程序次序规则：一个线程内，代码写在前面的操作先行发生于写在后面的
• 管程锁定规则：同一个锁，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，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()方法先行发生于该线程的任何操作
• 线程中止规则：线程中所有操作先行发生于对此线程的中止检测，Thread.join()方法结束，Thread.isAlive()的返回值等手段检测到线程是否已经中止运行
• 线程中断规则，线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程检测到中断事情的发生。通过Thread.interrupted()方法检测到是否有中断发生
• 对象终结原则：一个对象的初始化完成先行发生于finalize()方法的开始
• 传递性：操作A先行与操作B，操作B先行于操作C，则A先行于C