Java内存模型

这里说的内存模型不同于划分为堆、方法区、虚拟机栈的内存模型，而是线程执行过程中变量所在的不同位置。

内存划分

Java线程中的内存模型分为主内存和工作内存，若非要做对应的话，主内存对应于堆区中的对象实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域。

内存交互

主内存与工作内存之间的交互协议规定了Java内存交互由以下8个操作来完成：

lock:作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一条线程独占的状态。

unlock：作用于主内存中变量，它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：作用于主内存中的变量，它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。

load：作用于工作内存中的变量，它把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：作用于工作内存中的变量，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的变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。

assign：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收的值赋给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个变量赋值的字节码指令时执行这个操作。

store：作用于工作内存的变量，它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。

write：作用于主内存中的变量，他把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存中的变量中。

volatile变量的特殊规则

一个变量被定义为volatile之后，它保证了变量的“可见性”，即当一条线程修改了这个变量的值，新值对其他线程来说是立即可知的。
但是volatile是不能一定保证变量的原子性的，示例代码如下：

public class VolatileTest {

    public static volatile int race = 0;

    public static void increase(){
        race++;
    }
    
    private static final int THREAD_COUNT = 20;
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[THREAD_COUNT];
        for (int i = 0; i < threads.length; i++) {
            threads[i] = new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    for (int j = 0; j < 10000; j++) {
                        increase();
                    }
                }
            });
            threads[i].start();
        }
        
        while(Thread.activeCount()>1){
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println(race);
    }
}

代码中起了20个线程，每个线程对race进行一万次自增，但是输出的结果并非是200000，原因在于当一个线程A获取到race的值之后，再自增的过程中，其他线程已经对race进行了自增，而此时A线程中回存到主内存的中的值只是自己自增一次的值，所以最终输出的值会小于200000.所以volatile是不能保证原子性的。

在不加锁的情况下，只有以下这两种情况可以保证原子性。

运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值。

变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束

此外，volatile可以禁止指令的重排序，这也是volatile关键字的用处之一。

Java线程的实现与调度

JDK1.2之前，Java线程是基于用户线程实现的，而JDK1.2中，线程模型替换为操作系统原生的模型来实现。

Java线程调度是抢占式的，每个线程将由系统来分配执行时间，线程的切换不由线程本身来决定。但可以通过设置优先级来适当的调整，虽然也不太靠谱。

Java线程的状态及转换

Java语言定义了5中线程状态，在任意一个时间点，一个线程只能有且只有其中一种状态：

新建：创建后尚未启动的线程处于这个状态。

运行：处于这个状态的线程有可能正在执行，也有可能正在等待CPU为它分配执行时间。

无限期等待：处于这个状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待其他线程显式的唤醒，比如：

没有设置Timeout参数的Object.wait()方法。
没有设置Timeout参数的Thread.join()方法。

限期等待：处于这种状态的线程也不会被分配CPU执行时间，不过无需等待其他线程显式的唤醒，在一定时间之后会自动唤醒。

Thread.sleep()
设置了Timeout参数的Object.wait()
设置了Timeout参数的Thread.join()

阻塞：线程被阻塞了。阻塞在等待着获取到一个排他锁，这个事件将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生；

结束：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。