JMM内存模型相关笔记整理

JMM 内存模型是围绕并发编程中原子性、可见性、有序性三个特征来建立的

• 原子性：就是说一个操作不能被打断，要么执行完要么不执行，类似事务操作，Java 基本类型数据的访问大都是原子操作，long 和 double 类型是 64 位，在 32 位 JVM 中会将 64 位数据的读写操作分成两次 32 位来处理，所以 long 和 double 在 32 位 JVM 中是非原子操作，也就是说在并发访问时是线程非安全的，要想保证原子性就得对访问该数据的地方进行同步操作，譬如 synchronLized，Lock 以及 原子类 等。
  
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• 可见性：就是说当一个线程对共享变量做了修改后其他线程可以立即感知到该共享变量的改变，从 Java 内存模型我们就能看出来多线程访问共享变量都要经过线程工作内存到主存的复制和主存到线程工作内存的复制操作，所以普通共享变量就无法保证可见性了；Java 提供了 volatile 修饰符来保证变量的可见性，每次使用 volatile 变量都会主动从主存中刷新，除此之外 synchronized、Lock、final 都可以保证变量的可见性。

• 有序性：就是说 Java 内存模型中的指令重排不会影响单线程的执行顺序，但是会影响多线程并发执行的正确性，所以在并发中我们必须要想办法保证并发代码的有序性；在 Java 里可以通过 volatile 关键字保证一定的有序性，还可以通过 synchronized、Lock 来保证有序性，因为 synchronized、Lock 保证了每一时刻只有一个线程执行同步代码相当于单线程执行，所以自然不会有有序性的问题；除此之外 Java 内存模型通过 happens-before 原则如果能推导出来两个操作的执行顺序就能先天保证有序性，否则无法保证

什么是JMM

JMM：Java内存模型，不存在的东西，概念！约定！

关于JMM的一些同步的约定：

1、线程解锁前，必须把共享变量立刻刷回主存。

2、线程加锁前，必须读取主存中的最新值到工作内存中！

3、加锁与解锁是同一把锁

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线程私有： 工作内存、执行引擎

线程共有：主内存

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8种内存交互操作：



内存交互操作:

　内存交互操作有8种，虚拟机实现必须保证每一个操作都是原子的，不可在分的（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例外）

• lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
• 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操作从主存中变量放入工作内存中
• use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
• assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
• store （存储）：作用于工作内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
• write 　（写入）：作用于主内存中的变量，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

　JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：

• 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
• 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
• 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
• 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
• 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
• 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
• 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
• 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存

扩展：

为什么synchronized关键字不能禁止 指令重排，却能保证有序性？

解释：处理器优化 和 指令重排 是为了提高计算机各方面能力而在硬件层面所作的优化，当这些技术的引入会导致 有序性 问题。解决有序性问题的最好方法就是 禁止处理器优化 和 禁止指令重排，就像volatile中使用 内存屏障 一样。重排必须遵守 as-if-serial 语义（即重排不能影响单线程程序的执行结果）。synchronized是Java提供的锁，可以通过他对Java中的对象加锁，并且他是一种 排他的、可重入的锁，当某个线程执行到一段被 synchronized 修饰的代码之前，会进行加锁，执行完之后再解锁。在加锁之后，解锁之前（前提），其他线程无法再次获得锁（排他），只有这条加锁线程可以重复获得该锁（可重入）。synchronized通过 排他锁 的方式保证了同一时间内，被 synchronized 修饰的代码是单线程执行的**。这就满足了 as-if-serial 语义的一个关键前提，即 单线程 ，因为有 as-if-serial 语义保证，单线程的有序性就天然存在了。

Happen-Before（先行发生规则）：意思是当A操作先行发生于B操作，则在发生B操作的时候，A操作产生的 影响 能被B观察到，“影响” 包括修改了内存中的共享变量的值、发送了消息、调用了方法等。

Happen-Before的规则：

• 程序次序规则（Program Order Rule）：在一个线程内，程序的执行规则跟程序的书写规则是一致的，从上往下执行。
• 管程锁定规则（Monitor Lock Rule）：一个Unlock的操作肯定先于下一次Lock的操作。这里必须是同一个锁。同理我们可以认为在synchronized同步同一个锁的时候，锁内先行执行的代码，对后续同步该锁的线程来说是完全可见的。
• volatile变量规则（volatile Variable Rule）：对同一个volatile的变量，先行发生的写操作，肯定早于后续发生的读操作
• 线程启动规则（Thread Start Rule）：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的没一个动作
• 线程中止规则（Thread Termination Rule）：Thread对象的中止检测（如：Thread.join()，Thread.isAlive()等）操作，必行晚于线程中所有操作
• 线程中断规则（Thread Interruption Rule）：对线程的interruption（）调用，先于被调用的线程检测中断事件(Thread.interrupted())的发生
• 对象中止规则（Finalizer Rule）：一个对象的初始化方法先于一个方法执行Finalizer()方法
• 传递性（Transitivity）：如果操作A先于操作B、操作B先于操作C,则操作A先于操作C