《深入理解Java虚拟机》笔记之第12章 Java内存模型与线程

1、Java内存模型

       Java包括内存模型规定了所有的变量（这里的变量与java编程中的变量略有区别，它包括了实例字段、静态字段和构成数据对象的元素，但不包括局部变量和方法参数，因为后者是线程私有的，不会被共享）都存储在主内存中，此外，每个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在工作内存中进行，不同线程之间也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都需要主内存来传递。线程、主内存、工作内存三者的交互关系如下图所示。

 

      

主内存、工作内存的划分与java堆、栈、方法区的划分不是同一个层次的内存划分。粗略来看，主内存主要对应于java堆中对象的实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域。

 

2、原子性、可见性和有序性

(1)原子性(Atomicity)：Java内存模型要求lock、unlock、read、load、assign、use、store和write这八个操作具有原子性。因此可以认为基本数据类型的读写是具有原子性的（long和double的非原子性协定除外，但事实上这种情况非常罕见。因为尽管Java内存模型虽然允许虚拟机不把long和double变量的读写实现成原子操作，但“强烈建议”虚拟机实现为具有原子性的操作。目前各种商业机也几乎是这样做的）。

synchronized则从更大范围上通过lock和unlock操作来保证原子性。

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，在执行引擎全用这个变量前，需要重新执行load或者assgin操作初始化变量的值；

对一个变量执行unlock操作前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store和write操作）。

      (2)可见性(Visibiliy)：volatile、synchronized、final可以保证可见性。（final有一种例外，即初始化时，构造器把”this”的引用传递出去，造成this引用逃逸，其他线程有可能访问到“初始化了一半”的对象）。

      (3)有序性(Ordering)：本线程内观察，所有操作都是有序的；在一个线程中观察另一个线程，所以操作都是无序的（“指令重排序”和“工作内存与主内存同步延迟”）。

       可以通过volatile（禁止重排序）和synchronized（同步块只能串行操作）来保证有序性。

 

3、先行发生原则

      Java语言无须任何同步手段保障就能成立的先行发生规则如下：

（1）程序次序规则（Program Order Rule）：一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作；

     （2）管程锁定规则（Monitor Lock Rule）：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作；

     （3）volatile变量规则（Volatile Variable Rule）：volatile的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作；

     （4）线程启动规则（Thread Start Rule）：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作；

     （5）线程终止规则（Thread Termination Rule）：线程中的所有操作都先行发生于此线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值等手段检测到线程已经终止执行；

     （6）线程中断规则（Thread Interrupt Rule）：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()方法检测到是否有中断发生；

     （7）对象终结规则（Finalizer Rule）：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生于它的finzlize()方法的开始；

     （8）传递性（Transitivity）：如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。

        时间上的先后顺序与先行发生原则之间基本没有太大的关系：一个操作“时间上的先发生”不代表这个操作是“先行发生”（如两个线程先后getter和setter一个属性值）；一个操作“先行发生”也不代表这个操作“时间上先发生”（如两条不相关的赋值语句，不知道处理器会先执行那一条）。

 

4、线程优先级并不是太靠谱

原因在于：Java的线程是被映射到系统的原生线程上来实现的，所以线程调度最终还是由操作系统决定。换言之，优先级在不同的平台上可能不一样。如Java语言设置了10个优先级，Solaris中有2147483628(2的31次方)种优先级，但windows就只有7种（必然会预见现java中优先级不一样的，在windows中会一样）。

此外，优先级也可能被系统自行改变，如windows中的”优先级推进器”(Priority Boosting)。