Java内存模型

主内存间与工作内存

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每条线程有自己的工作内存

线程、主内存、工作内存三者的交互关系

内存间交互操作

• lock（锁定）：作用于主内存的变量，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，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
• read（读取）：作用于主内存的变量，把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
• use（使用）：作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎
• assign（赋值）：作用于工作内存的变量，把一个从执行引擎接受到的值赋给工作内存的变量
• store（存储）：作用于工作内存的变量，把工作内存中一个变量的值传送到主内存中
• write（写入）：作用于主内存的变量，把store操作从工作内存得到的变量的值放入主内存的变量中

内存交互操作

volatile关键字

volatile关键字可以说是Java虚拟机提供的最轻量级的同步机制，但是它并不容易完全被正确、完整地理解，以至于很多程序员都不习惯使用它，遇到多线程数据竞争问题的时候就一律使用synchronized来进行同步。了解volatile变量的语义对了解多线程操作的很多特性很有意义。

• volatile的可见性：保证此变量对所有线程的可见性，但不意味着是立即可见的

public class Counter {
 
    public volatile static int count = 0;
 
    public static void inc() {
          count++;
    }
 
    public static void main(String[] args) { 
        //同时启动1000个线程，去进行i++计算，看看实际结果 
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    Counter.inc();
                }
            }).start();
        }
 
        //这里每次运行的值都有可能不同,可能为1000
        System.out.println("运行结果:Counter.count=" + Counter.count);
    }
}

在本例中count变量用volatile关键字进行修饰，保证了线程均可以取到count变量，但是由于count++是一个非原子操作（下一小节介绍），这个操作需要执行4条指令才能完成，在此期间如果有另一个线程进行读取操作，随后原来的线程会将数据写入，另一个线程又会进行写入。例如第一个线程读取count的时候，count=20，在执行++操作的时候，有另一个线程读取count，此时count尚未完成++，所以值还是20。在后一个线程进行操作时，前一个线程执行完，将count写入21，当后一个线程完成后，仍旧写入21， 所以本该写入22的数值就这样变小了。

• volatile的禁止指令重排序优化

相比于synchronized，volatile总开销要小，这是由于volatile变量的读操作性能消耗与普通变量差不多，写操作可能会慢一点。

原子性、可见性和有序性

原子性（Atomicity）

由Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、assign、use、store、write，基本数据类型的访问读写是具备原子性的（long和double是例外）。synchronized使用了lock和unlock操作，所以synchronized块之间的操作也具有原子性。

可见性（Visibility）

可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改。无论是普通变量还是volatile变量都是如此，区别是volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。volatile保证了多线程操作时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。synchronized和final也能够实现可见性。

有序性（Ordering）

volatile和synchronized保证线程之间操作的有序性