JAVA内存模型，java模型

JAVA内存模型，java模型

1.简述

Java内存模型即Java Memory Model，简称JMM。jmm中的主内存、工作内存与jvm中的Java堆、栈、方法区等并不是同一个层次的内存划分，这两者基本上是没有关系的。

2.内部原理

线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。

3.支撑Java内存模型的基础原理

⑴指令重排序

在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器会对指令做重排序，在单线程中由于会保证数据依赖性，执行结果并不会变化，但是多线程情况下就会出现问题，volatile关键字除了之前提到的保证变量的内存可见性之外，另外一个重要的作用便是局部阻止重排序的发生，即保证被volatile关键字修饰的变量编译后的顺序与 也即是说使用了volatile关键字修饰，就不会出现因为重排序而可能造成的异常。

⑵内存屏障（Memory Barrier ）

通过内存屏障可以禁止特定类型处理器的重排序，从而让程序按我们预想的流程去执行。内存屏障，又称内存栅栏，是一个CPU指令，基本上它是一条这样的指令：

①保证特定操作的执行顺序。
②影响某些数据（或则是某条指令的执行结果）的内存可见性。

编译器和CPU能够重排序指令，保证最终相同的结果，尝试优化性能。插入一条Memory Barrier会告诉编译器和CPU：不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序。

Memory Barrier所做的另外一件事是强制刷出各种CPU cache，如一个Write-Barrier（写入屏障）将刷出所有在Barrier之前写入 cache 的数据，因此，任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。

这和java有什么关系？上面java内存模型中讲到的volatile是基于Memory Barrier实现的。

如果一个变量是volatile修饰的，JMM会在写入这个字段之后插进一个Write-Barrier指令，并在读这个字段之前插入一个Read-Barrier指令。这意味着，如果写入一个volatile变量，就可以保证：

①一个线程写入变量a后，任何线程访问该变量都会拿到最新值。
②在写入变量a之前的写入操作，其更新的数据对于其他线程也是可见的。因为Memory Barrier会刷出cache中的所有先前的写入。

⑶happens-before

在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。

首先先来个栗子：

i = 1;       //线程A执行
j = i ;      //线程B执行

线程B的j是否为1呢，这要看线程A的操作（i = 1）happens-before线程B的操作（j = i），
happens-before原则定义如下：

①如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
②两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着一定要按照happens-before原则制定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果与按照happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法。

happens-before原则基本规则：

①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；
②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；
③volatile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；
④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；
⑤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；
⑥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；
⑦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；
⑧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；

然后再推导六条规则：

①将一个元素放入一个线程安全的队列的操作Happens-Before从队列中取出这个元素的操作
②将一个元素放入一个线程安全容器的操作Happens-Before从容器中取出这个元素的操作
③在CountDownLatch上的倒数操作Happens-Before CountDownLatch#await()操作
④释放Semaphore许可的操作Happens-Before获得许可操作
⑤Future表示的任务的所有操作Happens-Before Future#get()操作
⑥向Executor提交一个Runnable或Callable的操作Happens-Before任务开始执行操作

如果两个操作不存在上述（前面8条 + 后面6条）任一一个happens-before规则，那么这两个操作就没有顺序的保障。

如果操作A happens-before操作B，那么操作A在内存上所做的操作对操作B都是可见的。