java内存模型

定义

Java内存模型（JMM)是一种符合内存模型规范的，屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异的，保证了Java程序在各种平台下对内存的访问都能保证效果一致的机制及规范。

（要想理解java内存模型，必须要了解主内存和工作内存的概念。我们先用一个图来看一下它们）

主内存

java内存模型规定了所有的变量都存储再主内存中。

工作内存

• 每个线程都有自己的工作内存
• 线程中的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存中的共享变量的副本拷贝。
• 工作内存是JMM的一个抽象的概念，并不是真实存在的

线程、主内存和工作内存间的关系

线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取、赋值）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写内存中的变量。不同线程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要通过主内存来完成。

内存间的交互操作

（即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存，又如何从工作内存同步回主内存的实现细节）
一共有8种操作：

• lock（锁定）：作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一体线程独占的状态。
• 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，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操作从主内存中得到的变量值放入到工作内存的变量副本中。
• use（使用）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中的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值给工作内存的变量，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）：作用于主内存的变量，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。

操作规则（对这8种操作的限制条件）

• 由于工作内存中的共享变量是主内存的副本，为保证数据一致性，当工作内存中的变量被字节码引擎重新赋值，必须同步回主内存。如果工作内存的变量没有被更新，不允许无原因同步回主内存。
• 由于工作内存中的共享变量是主内存的副本，必须从主内存中诞生。
• 为了并发情况下安全使用变量，某线程可以基于lock操作独占主内存中的变量，其他线程不允许使用或unlock该变量，直到变量被某线程unlock.
• 工作内存中的共享变量作为主内存的副本，主内存变量的值同步到工作内存需要read和load一起使用，工作内存中的变量的值同步回主内存需要store和write一起使用，这两组操作各自都是一个固定的有序搭配，不允许单独出现。

原子性、可见性与有序性

java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性着三个特征来建立的。

原子性

指在一个操作中就是cpu不可以在中途暂停然后再调度，既不被中断操作，要不执行完成，要不就不执行。
只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某一个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）

由Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、use、assign、store和write六个，大致可以认为基础数据类型的访问和读写是具备原子性的（long和double除外）。如果应用场景需要一个更大范围的原子性保证，Java内存模型还提供了lock和unlock操作来满足这种需求，尽管虚拟机未把lock与unlock操作直接开放给用户使用，但是却提供了更高层次的字节码指令monitorenter和monitorexit来隐匿地使用这两个操作，这两个字节码指令反映到Java代码中就是同步块---synchronized关键字，因此在synchronized块之间的操作也具备原子性。

可见性

当多个线程访问同一变量时，其中一个线程修改了变量的值，其它线程能够立即看到修改的值。

普通变量与volatile变量的区别是volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到主内存，以及每使用前立即从内存刷新。因为我们可以说volatile保证了线程操作时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。
除volatile外，synchronized和final关键字也能实现可见性。

有序性

即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

在本线程内观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另一个线程，所有的操作都是无序的。
java提供了volatile和synchronized两个关键字来保证线程间操作的有序性。（volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义，而synchronized则是由“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，这个规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。

参考：《深入理解jvm》