java 内存模型

JAVA内存模型：

Java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这三个特征来建立的。

不同的平台，内存模型是不一样的，但是jvm的内存模型规范是统一的。其实java的多线程并发问题最终都会反映在java的内存模型上，所谓线程安全无非是要控制多个线程对某个资源的有序访问或修改。总结java的内存模型，要解决两个主要的问题：可见性和有序性。我们都知道计算机有高速缓存的存在，处理器并不是每次处理数据都是取内存的。JVM定义了自己的内存模型，屏蔽了底层平台内存管理细节，对于java开发人员，要清楚在jvm内存模型的基础上，如何解决多线程的可见性和有序性。

在并发编程中，需要处理两个关键问题：线程之间如何通信和线程之间如何同步

通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在命令式编程中，线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递

在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信。
在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信

同步是指程序中用于控制不同线程间操作发生相对顺序的机制。

在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。程序员必须显式制定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。

在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前，因此同步是隐式进行的。


主内存和工作内存
1.所有的变量都存储在主内存中
2.每个线程都还有自己的工作内存，拥有主内存的对象的拷贝
3.线程只能操作自己的工作内存，线程间的交互只能通过主内存通讯





lock(锁定)：作用于主内存的变量，他把一个变量标识为一条线程独占的状态。

unlock(解锁)：作用于主内存的变量，他把一个处于锁定状态的变量释放出来。

read(读取)：作用于主内存的变量，他把一个变量的值从主内存传输到线程工作内存中，以便随后的load动作使用。

load(载入)：作用于工作内存的变量，他把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。

use(使用)：作用于工作内存的变量，他把工作内存中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到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。

assign(赋值)：作用于内存的变量，他把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。

stroe(存储)：作用于工作内存的变量，他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。

wirte(写入)：作用于主内存的变量，他把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。

操作规则：

1.不允许read和load、store和write操作之一单独出现，即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受，或者从工作内存发起回写了但主内存不接受的情况出现。

2.不允许一个线程丢弃他的最近assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。

3.不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的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，换句话说就是对一个变量实施use或store操作之前，必须先执行过了assgin或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，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。

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，则不允许对它进行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定住的变量。

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



内存间的交互操作：

8种操作的作用场景：

1.read 和load ，store和write 必须一对操作
2.不允许线程丢弃assign操作，变量在工作内存中改变后必须把变法同步回主内存
3.没有assign操作，不允许变量从工作内存同步回主内存
4.新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的变量（load或assign）对一个变量实时use和store之前必须先执行过assign和load操作
5.一个变量同一时刻值允许一条线程lock操作，但lock操作可以多次，执行相同数量的unlock，变量才会解锁
6.lock操作会清空工作内存副本，执行引擎使用前，需要执行load或者assign操作初始化变量的值
7.没有lock操作，就不允许unlock操作。不允许unlock另一个线程变量。
8.unlock操作前必须先store，write操作


那么，何谓可见性？ 多个线程之间是不能互相传递数据通信的，它们之间的沟通只能通过共享变量来进行。Java内存模型（JMM）规定了jvm有主内存，主内存是多个线程共享的。当new一个对象的时候，也是被分配在主内存中，每个线程都有自己的工作内存，工作内存存储了主存的某些对象的副本，当然线程的工作内存大小是有限制的。当线程操作某个对象时，执行顺序如下：

(1) 从主存复制变量到当前工作内存 (read and load)
(2) 执行代码，改变共享变量值 (use and assign)
(3) 用工作内存数据刷新主存相关内容 (store and write)

JVM规范定义了线程对主存的操作指令：read，load，use，assign，store，write。当一个共享变量在多个线程的工作内存中都有副本时，如果一个线程修改了这个共享变量，那么其他线程应该能够看到这个被修改后的值，这就是多线程的可见性问题。

那么，什么是有序性呢 ？线程在引用变量时不能直接从主内存中引用,如果线程工作内存中没有该变量,则会从主内存中拷贝一个副本到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该副本。当同一线程再度引用该字段时,有可能重新从主存中获取变量副本(read-load-use),也有可能直接引用原来的副本(use),也就是说 read,load,use顺序可以由JVM实现系统决
定。

线程不能直接为主存中中字段赋值，它会将值指定给工作内存中的变量副本(assign),完成后这个变量副本会同步到主存储区(store-write)，至于何时同步过去，根据JVM实现系统决定。

有该字段,则会从主内存中将该字段赋值到工作内存中,这个过程为read-load,完成后线程会引用该变量副本。

JVM内存分配主要基于两种：堆和栈
每个Java应用都唯一对应一个JVM实例，每个实例唯一对应一个堆。应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都放在这个堆中，并由应用程序所有的线程共享。在Java中分配堆内存时自动初始化的，所有对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引用确实在栈中分配的。也就是说在建立一个对象时两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对象，而在栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象。