JMM主内存与工作内存交互

Java虚拟机内存模型中定义了8种关于主内存和工作内存的交互协议操作：

• lock：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：作用于主内存的变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量可以被其他线程锁定。
• read：作用于主内的变量，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：作用于工作内存的变量，把read读取操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量拷贝中。
• use：作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传递给java虚拟机执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量值的字节码指令时将会执行该操作。
• assign：作用于工作内存变量，把一个从执行引擎接收到的变量的值赋值给工作变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码时将会执行该操作。
• store：作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write操作使用。
• write：作用于主内存的变量，把store操作从工作内存中得到的变量值放入主内存的变量中。

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Java内存模型对上述8种操作有如下的约束：

• 把一个变量从主内存复制到工作内存中必须顺序执行read读入操作和load载入操作。把一个变量从工作内存同步回主内存中必须顺序执行store存储操作和write写入操作。
  read和load操作之间、store和write操作之间可以插入其他指令，但是read和load操作、store和write操作必须要按顺序执行，即不允许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的assign赋值操作，即工作内存变量值改变之后必须同步回主内存。只有发生过assign赋值操作的变量才需要从工作内存同步回主内存。
• 一个新变量只能在主内存中产生，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，即一个变量在进行use和store操作之前，必须先执行过assgin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锁定操作，但是lock锁定可以被一条线程重复执行多次，多次执行lock之后，只有执行相同次数的unlock操作变量才会被解锁。
• 如果对一个变量执行lock锁定操作，将会清空工作内存中该变量的值，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锁定，则不允许对这个变量进行unlock解锁操作，也不允许对一个被别的线程锁定的变量进行unlock解锁。
• 一个变量进行unlock解锁操作之前，必须先把此变量同步回主内存中(执行store和write操作)。

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当一个变量被声明为volatile之后，JMM对其做了特殊规则：

1. volatile变量的操作必须严格按load->use顺序，前一个动作是load时才能执行use动作，后一个动作是use时才能执行load动作，即每次在工作内存中使用变量前必须先从主内存中刷新最新的值，以保证能看到其他线程对变量的最新修改。
2. volatile变量的操作必须严格按assign->store顺序，前一个动作是assign时才能执行store动作，后一个动作是store时才能执行assign动作，即每次在工作内存为变量赋值之后必须将变量的值同步回主内存，以保证让其他线程能看到变量的最新修改。
3. 若线程对volatile变量V的assign或者use操作先于对volatile变量W的assign或者use操作，则线程对volatile变量A的read/load或者store/write操作也必定先于对volatile变量B的read/load或者store/write操作。

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volatile变量读操作的性能消耗与普通变量几乎没什么差别，但是写操作则可能慢一些，因为它需要在本地代码中插入许多内存屏障指令来保证处理器不发生指令重排。