java内存模型

文章的主要内容：
1、概述
2、主内存和工作内存以及内存间的交互操作
3、原子性、可见性与有序性
4、先行发生原则
具体：
1、概述：
java虚拟机试图定义一种java内存模型来屏蔽掉硬件和操作系统的内存访问差异，以让java程序在各种平台下都能达到一致的并发效果。在JDK 1.5发布之后，java的内存模型就已经成熟和完善起来了。
2、主内存和工作内存以及内存间的交互操作：
2.1 主内存和工作内存
Java内存模型中规定了所有的变量都存储在主内存中，每条线程还有自己的工作内存（可以与前面将的处理器的高速缓存类比），线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量到主内存副本拷贝，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，而不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间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在主内存来完成，线程、主内存和工作内存的交互关系如下图所示：

2.2 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。

　　如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存，就需要按顺寻地执行read和load操作，如果把变量从工作内存中同步回主内存中，就要按顺序地执行store和write操作。Java内存模型只要求上述操作必须按顺序执行，而没有保证必须是连续执行。也就是read和load之间，store和write之间是可以插入其他指令的，如对主内存中的变量a、b进行访问时，可能的顺序是read a，read b，load b， load a。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：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现不允许一个线程丢弃它的最近assign的操作，即变量在工作内存中改变了之后必须同步到主内存中。不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从工作内存同步回主内存中。一个新的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（load或assign）的变量。即就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行过了assign和load操作。一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作，lock和unlock必须成对出现如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值如果一个变量事先没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作；也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步到主内存中（执行store和write操作）。

3、原子性、可见性与有序性
原子性：原子性操作包括read、load、use、assign、store、write这6个。
可见性：一个线程修改了共享变量的值，其他的线程也可以看见。
有序性：java提供了volatile和synchronized这两个关键字来保证线程之间的有序性。
4、先行发生原则
java提供“先行发生原则”来保证有序性，而不是总是依靠volatile和synchronized。具体的原则：

• 程序次序原则：按代码控制流顺序，前面操作先发生。
• 管理所规则：一个unlock操作先行发生于后面的lock操作。
• volatile规则：对volatile变量的写操作先行发生后面对该变量的读操作。
• 线程启动原则：Thread对面的start()操作先行发生于后面的所有操作。
• 线程终止规则：线程所有操作先行发生于对线程的检测操作，可根据Thread.join()和Thread.isAlive()的返回值检测线程已终止执行。
• 线程中断规则：对线程interrupt()的操作先行发生于被中断线程的代码检测线程的中断操作，可用Thread.interrupted()来检测中断操作。
• 对象终结规则：对象 的初始化先行发生于finalize()
• 传递性规则：如线程A优先发生于线程B，线程B优先于C，则A优先于C