摘要：內(nèi)存模型對(duì)內(nèi)存模型的介紹對(duì)內(nèi)存模型的結(jié)構(gòu)圖的線程之間的通信是通過(guò)共享內(nèi)存的方式進(jìn)行隱式通信，即線程把某狀態(tài)寫(xiě)入主內(nèi)存中的共享變量，線程讀取的值，這樣就完成了通信。

java的線程之間的通信是通過(guò)“共享內(nèi)存”的方式進(jìn)行隱式通信，即線程A把某狀態(tài)寫(xiě)入主內(nèi)存中的共享變量X，線程B讀取X的值，這樣就完成了通信。是一種隱式的通信方式。

一個(gè)線程的模型可以類(lèi)比現(xiàn)在的CPU，一個(gè)CPU會(huì)具備高速緩存，來(lái)緩解CPU速度和內(nèi)存IO速度的巨大差距，線程也是類(lèi)似的，一個(gè)線程擁有其本地內(nèi)存，相當(dāng)于是用來(lái)緩存主內(nèi)存中的值的。

也就是說(shuō)，線程并不直接與主內(nèi)存通信，而是線程先把主內(nèi)存中的共享變量備份到私有的本地內(nèi)存中，線程是使用本地內(nèi)存中的值。

虛擬機(jī)，甚至硬件本身的優(yōu)化措施，會(huì)優(yōu)先將本地內(nèi)存存儲(chǔ)在寄存器和高速緩存。

java的最大賣(mài)點(diǎn)是“一次編寫(xiě)，到處運(yùn)行”，為了實(shí)現(xiàn)讓java在各種平臺(tái)上都能有一致的內(nèi)存訪問(wèn)效果，java虛擬機(jī)規(guī)范必須定義一種Java內(nèi)存模型來(lái)屏蔽各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問(wèn)差異。

java內(nèi)存模型是圍繞著如何處理原子性，可見(jiàn)性，有序性來(lái)建立的。

原子性：原子性指多個(gè)操作的組合要么一起執(zhí)行完，要么全部不執(zhí)行，這個(gè)很好理解，一個(gè)線程在執(zhí)行一組操作的中途，不能被另一個(gè)線程插一腳，不然會(huì)造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，最經(jīng)典就是 a++;操作，++ 操作符不是原子的，所以需要使用同步工具保證其原子性。

可見(jiàn)性：根據(jù)java內(nèi)存模型的結(jié)構(gòu)，各個(gè)線程都會(huì)從主內(nèi)存?zhèn)浞菀粋€(gè)變量的工作內(nèi)存放在自己的工作內(nèi)存作為緩存，可以提高效率，這樣就造成了可見(jiàn)性問(wèn)題，即一個(gè)線程修改了一個(gè)數(shù)據(jù)，如果一沒(méi)有立即同步回主內(nèi)存，二沒(méi)有讓其他使用這個(gè)數(shù)據(jù)的線程及時(shí)從主內(nèi)存同步，則其他線程的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。

有序性：編譯器和處理器為了獲得更高的效率，會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序，實(shí)際生成的字節(jié)碼指令順序或者處理器指令順序并非是程序源代碼中的順序，這個(gè)在單線程的情況下問(wèn)題不大，因?yàn)榫幾g器和處理器會(huì)保證結(jié)果正確，但是多線程的環(huán)境下，因?yàn)榫€程之間很多時(shí)候需要協(xié)調(diào)，如果指令進(jìn)行重排，會(huì)影響協(xié)調(diào)結(jié)果錯(cuò)亂，可以從一個(gè)經(jīng)典的例子來(lái)說(shuō)明，代碼如下：

假設(shè)有兩個(gè)線程A，B ，A線程先執(zhí)行write方法，接下來(lái)B線程執(zhí)行read()方法，write方法中的兩個(gè)操作，并沒(méi)有必要的順序關(guān)系，在實(shí)際執(zhí)行中，編譯器或者處理器有權(quán)利進(jìn)行重排序，先對(duì)flag賦值，然后對(duì)a賦值，巧了，B線程對(duì)flag的讀取正好在A線程兩個(gè)操作的中間，即B線程讀取到了flag為true,但是a卻還是0，造成了數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。。
因此，JMM必須提供了一種機(jī)制來(lái)禁止類(lèi)似的重排序，詳見(jiàn)volatile的內(nèi)存語(yǔ)義，其提供了對(duì)有序性的保證。

    class OrderExample{
      int a =0 ;
      boolean flag = false;
      public void write(){
        a = 1;
        flag = true;
      }
    
      public void read(){
        if(flag){
          int i = a + 1;
        }
      }
    }

我們可以把JMM看做是程序員和平臺(tái)的中間人。程序員和平臺(tái)需要談判卻==不直接交流==，而是通過(guò)JMM來(lái)傳話。
先看雙方的需要：

程序員的需求：程序員希望內(nèi)存模型簡(jiǎn)單易懂，符合人類(lèi)的直覺(jué)，所以渴望一個(gè)強(qiáng)內(nèi)存模型

編譯器和處理器的需要：編譯器，處理器希望內(nèi)存模型對(duì)自己的束縛越小越好，這樣就可以做更多的優(yōu)化來(lái)提高執(zhí)行速度，編譯器，處理器渴望弱內(nèi)存模型。

所以JMM有兩個(gè)設(shè)計(jì)需求，1.為程序員提供可見(jiàn)性保證，2.盡可能放松對(duì)編譯器，處理器的限制。

所謂談判，是一個(gè)妥協(xié)的過(guò)程，JMM給了程序員一些“先行發(fā)生原則happens-before”的保證，程序員的代碼中的操作之間關(guān)系只要符合這些規(guī)則，那么平臺(tái)不會(huì)隨意對(duì)這些操作重排序，程序員根據(jù)這個(gè)保證，可以使編程更加容易和健壯，更符合人類(lèi)的直覺(jué)。同時(shí)，JMM也放寬了對(duì)平臺(tái)的限制，只要能保證那些“happens-before規(guī)則”，平臺(tái)可以對(duì)操作進(jìn)行重排序。

定義了一個(gè)變量如何從主內(nèi)存中拷貝到工作內(nèi)存（本地內(nèi)存），如何從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
JMM中定義了8中操作來(lái)完成以上工作，每種操作都是原子的，不可再分的（double,long類(lèi)型的變量，load,store,read，write操作在某些平臺(tái)上允許有例外）

這些操作需要必須遵循的規(guī)定：

JMM規(guī)定read-load,store-write兩對(duì)操作必須順序執(zhí)行，而且必須成對(duì)出現(xiàn)，但是不規(guī)定連續(xù)執(zhí)行，

工作內(nèi)存有狀態(tài)的改變必須同步會(huì)主內(nèi)存

不允許沒(méi)有發(fā)生過(guò)任何assign的情況下把數(shù)據(jù)同步回主內(nèi)存

一個(gè)新的變量只能在主內(nèi)存中誕生，即use和store之前必須有對(duì)該變量的assign,load

一個(gè)變量在同一時(shí)刻只允許一個(gè)線程對(duì)其執(zhí)行l(wèi)ock操作，但是允許該線程多次執(zhí)行l(wèi)ock操作，對(duì)應(yīng)的，unlock也必須執(zhí)行相同的次數(shù)才能解鎖。可重入鎖

對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，必須清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用該變量之前，重新執(zhí)行l(wèi)oad或assign。 synchronized也具備內(nèi)存可見(jiàn)性

如果一個(gè)變量事先未被Lock鎖定，那么不允許對(duì)其unlock操作，也不能unlock一個(gè)被其他線程鎖定的變量。

對(duì)一個(gè)變量unlock操作之前，必須把此變量同步會(huì)主內(nèi)存。也可服務(wù)于synchronized的可見(jiàn)性

原子性的實(shí)現(xiàn),原子性指不可分割的操作

JMM使用read,load,assign,use,store,write來(lái)訪問(wèn)基本數(shù)據(jù)，這些操作都是原子的，所以基本可以認(rèn)為JMM對(duì)基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的訪問(wèn)是原子的

對(duì)于更大范圍的原子性保證，JMM提供了lock和unlock來(lái)滿足這種需求，lock和unlock并未直接提供給用戶使用，但是可以通過(guò)更高級(jí)的字節(jié)碼指令，monitorenter,monitorexit來(lái)隱式使用。JVM基于進(jìn)入和退出Monitor對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)方法同步和代碼塊同步，具體的使用可以看synchronized原語(yǔ)的實(shí)現(xiàn)。

可見(jiàn)性：當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值，對(duì)其他線程立即可見(jiàn)。

volatile變量提供的可見(jiàn)性：普通變量和volatile變量都是通過(guò)主內(nèi)存作為線程間分享數(shù)據(jù)的渠道，不同的是，volatile變量能及時(shí)同步到主內(nèi)存并且其他線程工作內(nèi)存中該變量的值立即失效，需要重新從主內(nèi)存中加載，普通變量不保證。

synchronized提供的可見(jiàn)性：實(shí)現(xiàn)方式和volatile有所不同，"八大規(guī)定"中說(shuō)，unlock操作之前，必須先把變量同步到主內(nèi)存中，而lock之前，必須清空工作內(nèi)存中的值，重新從主內(nèi)存中加載。這兩條保證了synchronized具備內(nèi)存可見(jiàn)性。

final提供的內(nèi)存可見(jiàn)性：final的重排序規(guī)則明確了，只要正確構(gòu)造一個(gè)對(duì)象，那么當(dāng)線程獲得這個(gè)對(duì)象的時(shí)候，其final域已經(jīng)正確完成初始化，對(duì)其他線程可見(jiàn)。

有序性：針對(duì)指令重排，java提供了volatile和synchronized，但是實(shí)現(xiàn)方式是不同的

volatile本身禁止指令重排序，

synchronized像是把多線程的環(huán)境變?yōu)榱藛尉€程的環(huán)境，并行變串行，指令重排必須保證串行語(yǔ)義的一致性。

happens-before服務(wù)于三大原則中的有序性，Java程序中天然的（未使用volatile或者synchronized）有序性可以總結(jié)為一句話：

如果在本線程觀察，所有操作都是有序的，如果在另一個(gè)線程中觀察，所有操作都是無(wú)序的。

試想一下，如果編碼過(guò)程中所有的操作都要使用volatile或者synchronized來(lái)保證有序性，那么將是多大的負(fù)擔(dān)，程序的復(fù)雜性也會(huì)極大上升。所以java中提供了一些天然的先行發(fā)生原則，是指那些無(wú)需任何同步手段就天然具備順序性的先行發(fā)生原則。是8個(gè)內(nèi)存操作的規(guī)則的另一種表達(dá)。

程序次序規(guī)則：在一個(gè)線程內(nèi)，按照控制流，前面的操作先于后面的操作，對(duì)后續(xù)操作可見(jiàn)。as-if-serial語(yǔ)義。

管程鎖定規(guī)則：一個(gè)unlock操作必須先行發(fā)生于同一個(gè)鎖的lock操作

volatile變量規(guī)則：對(duì)volatile的寫(xiě)操作必須happens-before后續(xù)對(duì)該變量的讀操作。

線程啟動(dòng)規(guī)則：start()方法happens-before該線程的其他所有動(dòng)作

線程終止規(guī)則：線程中所有的操作happens-before該線程的終止檢測(cè)，如isAlive()方法。

線程中斷規(guī)則：interrupt()方法happens-before對(duì)線程中斷的檢測(cè)

對(duì)象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對(duì)象初始化完成happens-before其finilize()方法的開(kāi)始

傳遞性，A hannens-before B,B happens-before C,則A happens-before C.

如果兩個(gè)操作的關(guān)系無(wú)法從上述規(guī)則中推倒出來(lái)，則虛擬機(jī)可以對(duì)它們隨意重排序。衡量并發(fā)安全問(wèn)題，應(yīng)該以先行發(fā)生原則為準(zhǔn)。