初识Java虚拟机（11）内存模型

    Java内存模型的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则，即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的实现细节。它包括了实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但不包括局部变量与方法参数，因为后者是线程私有的，不会被共享，也不会存在竞争问题。

    Java内存模型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，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都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存的变量。不同线程直接也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值传递均需要通过主内存完成。

    内存间交互操作

    Java内存模型中定义了以下8中操作来完成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回主内存之类的实现细节，虚拟机实现时必须保证下面的每一种操作都是原子的、不可再分的：

    （1）lock：作用于主内存，把一个变量标识为一条线程独占。

    （2）unlock：作用于主内存，把一个处于lock状态的变量释放出来。

    （3）read：作用于主内存，把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便load动作使用。

    （4）load：作用于工作内存，把从read操作中得到的变量放入工作内存的变量副本中。

    （5）use：作用于工作内存，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变量值的字节码指令时将会执行这个操作。

    （6）assign：作用于工作内存，将从执行引擎中收到的变量值赋值给内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行该操作。

    （7）store：作用于工作内存的变量，它把工作内存中的一个变量值传送给主内存中。

    （8）write：作用于主内存，把从store操作得到的变量值放到主内存中。

    主内存到工作内存直接的同步数据需要两步，一是传输，而是改写。

    上述八个操作必须满足如下规则：

    （1）read和load、store和write必须成对出现，不允许主内存或工作内存不接收的情况发生。

    （2）一旦发生assign，工作内存必须和主内存进行同步。

    （3）若未发生assign，工作内存不允许与主内存同步。

    （4）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load或assign的变量。

    （5）一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可被同一条线程重复多次，只有执行相同次数的unlock，变量才会被解锁。

    （7）如果对一个变量执行lock操作，那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。

    （8）不允许unlock一个未lock的变量，不允许unlock一个被其他线程lock的变量。

    （9）对一个变量lock前，必须先同步回主内存（stroe、write）。

    对于volatile的特殊规则

    （1）保证此变量对所有线程的可见性，当一条线程修改了这个变量的值后，新值对于其他变量来说是立即可知的。而对于普通变量，只有在线程A回写了之后线程B读取，新变量值才对B可见。

    注意：（1）并不能保证基于volatile变量的运算在并发下是安全的，因为它只保证了在工作内存中的一致性，一旦发生了use和assign，从工作内存到操作数栈时，虚拟机栈中的操作不能保证一致性。例如并发对i进行运算时，每个线程在将i传到操作栈时可以保证I的正确性，但操作栈是并发进行的，这时两个操作栈同时对i进行操作，不能保证I的顺序执行了。

    只有1、当运算结果不依赖变量的当前值，或者能确保同时只有单一线程修改变量值。2、变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束时才能使用volatile关键字。

    （2）禁止指令重排序优化，普通变量只保证该方法执行过程中所有依赖赋值结果的地方都能取到正确的结果，而不能保证变量赋值操作的顺序与程序代码中的执行顺序一致