Java内存模型

Java内存模型（Java Memory Model）是解决Java的工作内存和物理内存的关系，特别在并发情况下怎么保障多个线程对物理内存的访问不冲突。需要与JVM内存管理机制区别开。

主内存和工作内存

JMM主要是定义程序中各个变量的访问规则，也就是变量从JVM内存的存取实现。JMM规定所有变量都存储在 *主内存（Main Memory）*中，而每个线程都有自己的 工作内存（Working Memory），工作内存中保存了主内存中变量的副本，线程对变量的操作必须通过工作内存来进行。 由于工作内存是线程私有，当存在多个线程同时访问一个变量时，需要通过主内存来同步。

内存的操作

对于工作内存和主内存的变量应如何交互，JMM定义了8种原子操作。

其中四种对应于主内存：

• lock: 把变量锁定，该变量设置为线程独占，一个变量只能被一个线程锁定
• unlock: 解锁变量
• read: 把变量值从主内存读出
• write: 把变量值写入主内存

四种操作作用于工作内存：

• load: 把read操作读到的变量放入工作内存副本中
• store: 把工作内存的变量传入主内存中，以便于接下来的write操作
• use: 把工作内存中的变量值传递给执行引擎，相当于从工作内存中读取变量值
• assign: 把从执行引擎接收到的值传递给工作内存中的变量，相当于给工作内存中的变量赋值

以上8种操作必须满足以下规则：

• read之后必须load，store之后必须write，但并不要求read和load必须连续执行，二者之间还可以有其他操作
• 所有assign操作都不能被丢弃，必须同步回主内存
• 如果没有发生过assign操作，则禁止将值同步回主内存
• lock操作可以被一个线程执行多次，必须执行相同次数的unlock才能解锁变量
• lock会清空工作内存中的变量值
• unlock之前必须先lock，必须执行store和write把变量值写回主内存

总结为：

• 8个操作的大体顺序是lock-read-load-use/assign-store-write-unlock
• 基本上read/load/use、assign/store/write这几个组合一般都是一起出现的，如果不需要太关注细节又便于记忆，可以把8个操作归类为加锁、读取、写入、解锁
• 对变量的读写不一定要lock，除非需要线程独占申请排他锁
• 变量load之后不一定要assign，也就是可以只读取变量而不修改

volatile变量

volatile变量能够保证线程对其的“可见性”，也就是说线程A对变量p的修改可以被线程B立即读到。 其实现是通过将read、load、use这3个操作绑定，read后必须紧接着load然后紧接着use，以保证每次读取volatile变量都是从主内存中刷新的最新值； 同样assign、store、write这3个操作也要绑定，保证每次修改volatile变量的值能立即同步到主内存。

另外，volatile能够避免指令重排。例如对如下代码：

volatile boolean initial = false;
public void init() {
	// do something
	initial = true;
}

防止指令重排的意义：在多核CPU中，由于底层的指令重排优化，有可能initial=true提前执行，如果另一个线程恰好读取了这个状态，会导致程序未正常初始化。

原子性、可见性和有序性

JMM中提到并发操作最主要涉及这几个特性。

• 原子性：上述提到的8个操作本身都是原子操作；对于基本类型的访问读写也可以认为是原子的，但像a++这种除外
• 可见性：是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即获得这个修改。
• 有序性：在线程内观察，本线程的所有操作都是有序的，执行器能保证语句执行在线程内表现为串行的语义，但在一个线程观察另一个线程，由于指令重排和工作内存/主内存的同步延迟，可能会发现另一个线程的操作是无序的。

具体到语法中： volatile 保证了可见性和有序性，上面已经提到； synchronized 保证了原子性、可见性、有序性，其实现是通过给变量读取前加lock操作来实现的，并且最多只能有一个线程获得lock； 容易忽略的是final 也保证了可见性，一旦构造器初始化完成，final字段的值就是不变且确定的，保证了可见性。

先行发生原则

在多线程环境下，写在前面的代码不一定在时间上就先执行；其实在单线程内也不一定能保证，因为有指令重排优化，但单线程可以保证先行发生。

先行发生（happens-before）原则，是指两个操作A和B，如果我们说A先行发生于B，就是说操作A产生的影响能够被操作B感知到。

先行发生并不等同于时间上先执行，例如线程a先修改了某个值，还未同步到主内存，线程b此时有可能还读不到新值，这就不满足先行发生原则。

在Java中有以下几个先行发生原则： // TODO