初探JVM系列博客

主要内：

• 基本概念
• JMM模型
• 指令重排
• 内存屏障

1.基本概念：

1.1原子性：一个操作或多个操作要么全部执行完成且执行过程不被中断，要么就不执行（具有不可分割性）。

    具有原子性操作：

        x = 10;     也就是说线程执行这个语句的会直接将数值10写入到工作内存中。

    不具有原子性操作：

        y = x;       包含2个操作，它先要去读取x的值，再将x的值写入工作内存。

        x++;   x = x + 1;    

        同样的，x++和 x = x+1包括3个操作：读取x的值，进行加1操作，写入新的值。

1.2可见性：当多个线程同时访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

1.3有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

1.4JMM规定了8种操作原子:

        unlock（解锁）、read（读取）、load（载入）、use（使用）、assign（赋值）、store（存储）、write（写入）

1.5Java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.  不允许read和load、store和write操作之一单独出现
2. 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。
3.  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。
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。
5. 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
6. 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
7. 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。
8. 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）。

 1.6先行发生原则（JVM只能按照先行发生原则进行指令重排序）

• 先行发生原则（Happens-Before）是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据。
• 先行发生是Java内存，模型中定义的两项操作之间的偏序关系，如果操作A先行发生于操作B，那么操作A产生的影响能够被操作B观察到。

 Java内存模型中存在的天然的先行发生关系：

1.  程序次序规则：同一个线程内，按照代码出现的顺序，前面的代码先行于后面的代码，准确的说是控制流顺序，因为要考虑到分支和循环结构。
2.  管程锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面（时间上）对同一个锁的lock操作。
3. volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面（时间上）对这个变量的读操作。
4. 线程启动规则：Thread的start( )方法先行发生于这个线程的每一个操作。
5. 线程终止规则：线程的所有操作都先行于此线程的终止检测。可以通过Thread.join( )方法结束、Thread.isAlive( )的返回值等手段检测线程的终止。
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，可以通过Thread.interrupt( )方法检测线程是否中断
7.  对象终结规则：一个对象的初始化完成先行于发生它的finalize（）方法的开始。
8. 传递性：如果操作A先行于操作B，操作B先行于操作C，那么操作A先行于操

 2.JVM模型

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每一个线程有自己的工作内存。工作内存和主存独立。工作内存存放主存中变量的值的拷贝。线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行。

如上图当A线程把工作内存的变量赋值为X=2,对于B线程无法保证内存可见性

2.1保证可见性的方法：

• Volatile
• synchronized （unlock之前，写变量值回主存）（避免指令重排造成的影响）
• final(一旦初始化完成，其他线程就可见)

 2.2指令重排：（单线程情况下重排指令不可影响结果）(遵守先行发生原则)

    不可重排语句:

        写后读     x=1；y=x;

        写后写     x=1；x=2;

        读后写     x=y；y=1；

    可重排语句:

        X=1;y=2;

 2.3指令重排：破坏了线程间的有序性：

2.4指令重排：保证有序性的方法：

2.5内存屏障

硬件： Load Barrier  Store Barrier

volatile  写操作之间插入 storestore屏障 ， 在写操作之后插入storeload屏障

volatile  读操作之前插入loadload屏障、 在读操作之后插入loadstore屏障

JAVA指令：

 下面是保守策略下，volatile 写操作 插入内存屏障后生成的指令序列示意图

下面是在保守策略下，volatile 读操作 插入内存屏障后生成的指令序列示意图：

2.6volatile  原理：

    因为存在内存屏障原因     

     当线程A把X赋值为2时

     线程B会等待A线程把X的值同步到主内存才能获取到X=2的值并使用；

参考:http://www.54tianzhisheng.cn/2018/02/28/Java-Memory-Model/

参考:点击打开链接http://www.cnblogs.com/smyhvae/p/4748392.html

参考书籍《深入理解JVM》（第二版）