Java内存模型小结

在Java虚拟机规范中定义的Java内存模型（Java Memory Model，JMM）来屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在何种平台下都能达到一致的内存访问效果，为了获得较好的执行性能，Java内存模型没有限制执行引擎使用处理器的寄存器或者告诉缓存来提升执行速度，也没有限制编译器对指令进行重排序，也就是说在Java内存模型中，也会存在缓存一致性问题和指令重排序问题。

Java内存模型规定所有的变量都是存在主存当中，每个线程都由自己的工作内存，线程对变量的所有操作都是必须在工作内存中进行，而不能直接对主存进行操作，并且每个线程不能访问其他线程的工作内存。

如：

int i = 10;

执行线程必须在自己的工作线程中对变量i所在的缓存行进行赋值操作，然后写入主存中，而不是直接将数值10写入主存当中。

原子性

原子性：同个操作或者多个操作要么全部执行并且执行过程不会被任何因素打断，要么就不执行。
在Java中，对基本数据类型的变量读取和赋值的操作都是原子操作，即这些操作是不可中断，要么执行，要么不执行。

例：

x = 10;         //语句1
y = x;         //语句2
x++;           //语句3
x = x + 1;     //语句4

以上语句只有语句1是原子性操作。

语句1是直接将数值10赋值给x，也就是说线程执行这个语句会直接将数值10写入到工作内存中。
语句2实际上包含2个操作，先读取x的值，再将x的值写入到工作内存中，虽然读取x的值及将x的值写入工作内存都是原子操作，但结合起来就不是原子性的操作了。
x++和x=x+1包含3个操作，读取x的值，进行加1操作，写入新的值。

也就是说，只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是原子操作。

Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

可见性

Java提供volatile关键字来保证可见性。
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去主存中读取最新的值。

而普通的共享变量不能保证可见性，因为共享变量被修改后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程去读取的时候，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。

另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

有序性

Java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

　　在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”，另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码，自然就保证了有序性。

　　另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

happens-before原则（先行发生原则）：

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

• 锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作。

• volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
  传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C。

• 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
  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中断事件的发生。

• 线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行。

• 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始。