[JVM]Java内存模型

1 概述

由于计算机的运算速度和它的存储和通讯子系统的速度差距巨大，大部分时间都花在IO，网络和数据库上。为了压榨CPU的运算能力，需要并发。 
另外，优秀的并发程序对于提高服务器的TPS有重要的意义。

2 硬件和效率一致性

处理器、高数缓存、主内存间的交互关系

3 Java内存模型

主内存和工作内存

1.所有的变量都存储在主内存中 
2.每个线程都还有自己的工作内存，拥有主内存的对象的拷贝 
3.线程只能操作自己的工作内存，线程间的交互只能通过主内存通讯

注：勉强来说，主内存对应于Java的堆，工作内存对应于栈 

内存间的交互操作

关于主内存与工作内存之间的具体交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步到主内存之间的实现细节，Java内存模型定义了以下八种操作来完成：

lock（锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为一条线程独占状态。 
unlock（解锁）：作用于主内存变量，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，把一个变量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工作内存的变量副本中。 
use（使用）：作用于工作内存的变量，把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用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，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的操作。 
write（写入）：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中一个变量的值传送到主内存的变量中。

Java内存模型还规定了在执行上述八种基本操作时，必须满足如下规则：

1.read 和load ，store和write 必须一对操作2.不允许线程丢弃assign操作，变量在工作内存中改变后必须把变法同步回主内存3.没有assign操作，不允许变量从工作内存同步回主内存4.新变量只能在主内存中诞生，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化的变量（load或assign）对一个变量实时use和store之前必须先执行过assign和load操作5.一个变量同一时刻值允许一条线程lock操作，但lock操作可以多次，执行相同数量的unlock，变量才会解锁6.lock操作会清空工作内存副本，执行引擎使用前，需要执行load或者assign操作初始化变量的值7.没有lock操作，就不允许unlock操作。不允许unlock另一个线程变量。8.unlock操作前必须先store，write操作

volatile 特殊规则

一：保证此变量对所有线程的可见性，每次use之前都必须先read和load。 
要正确使用 
（1）写入变量不依赖此变量的值，或者只有一个线程修改此变量

（2）变量的状态不需要与其它变量共同参与不变约束

（3）访问变量不需要加锁

禁止指令重排序优化 
volatile的变量附近的代码不会被指令重排序打乱。 
具体是在变量操作之前代码不会被打乱到操作之后，操作之后的代码不会打乱到操作之前

性能：与普通变量上在写操作可能会慢些，因为需要插入内存屏障来保证不乱序执行。 
不过比sync高效很多

具体操作细节： 
A：read，load和use必须一起出现。保证使用变量前必须先从主内存刷新最新的值 
B：assign，store和write必须一起出现。保证改变变量的时候刷新回去主内存。 
C：被volatile修饰的变量不会被指令重排序优化，保证代码的执行顺序与程序的顺序相同