JMM

Java 内存模型 (Java Memory Model) 描述了 Java 程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则，以及在 JVM 中将变量存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节。

Java 内存模型规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中，每条线程还有自己的工作内存（Working Memory），线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量和主内存副本拷贝（注意这里绝不会是整个对象的拷贝，试想一个10M的对象，在每个用到这个对象的工作内存中有一个10M的拷贝，内存还受得了？也就是一些在线程中用到的对象中的字段罢了）

线程对变量所有的操作（读取、赋值）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。不同的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均需要通过主内存来完成。
image.png

内存交互

关于主内存与工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存之类的实现细节，Java 内存模型中定义了以下 8 种操作来完成，虚拟机实现时必须保证下面的每一种操作都是原子的、不可再分的：
1、lock（锁定）：作用于主内存中的变量，它把一个变量标识为一条线程独占的状态
2、unlock（解锁）：作用于主内存中的变量，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
3、read（读取）：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
4、load（载入）：作用于工作内存的变量，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
5、use（使用）：作用于工作内存的变量，它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；
6、assign（赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存中的变量，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
7、store（存储）：作用于工作内存中的变量，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操作使用
8、write（写入）：作用于主内存中的变量，它把 store 操作从工作内存中得到的变量值放入主内存的变量中

Java 内存模型还规定了在执行上述 8 种基本操作时必须满足以下规则：
1、不允许 read 和 load、store 和 write 操作之一单独出现；
2、不允许一个线程丢弃它的最近的 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（没有发生 assign 操作）地把数据从线程的工作内存同步回主内存中；
4、一个新的变量只能从主内存中诞生，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；
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、如果对同一个变量执行 lock 操作，那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，那就不允许对它进行 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；

volatile 变量的特殊规则

volatile 关键字是 Java 虚拟机实现的轻量级同步机制。
被声明为 volatile 的变量具有以下两个规则：

  1. volatile 保证变量在多线程下的可见性，可见性是指在某个线程的工作内存中改变的值，能立即被其他线程可见。主要实现是 use 操作前面必须是 load 操作，store 操作前面必须是 assign 操作，
  2. volatile 关键字禁止虚拟机的指令重排序优化。

    对于 volatile 保证变量的可见性需要注意的是，这并不表名 volatile 变量在并发运算时是安全的，这是因为运算操作不是原子的。除了以下两条规则外，其他的运算操作需要通过加锁来保证线程安全。

    1. 运算结果不依赖变量的当前值，或者能够保证只有单一线程修改变量值；
    2. 变量不需要和其他状态变量共同参与不可变约束；

先行发生原则

根据内存交互的 8 种操作及其规则，再加上 volatile 变量的特殊规则，就已经完全确定了Java程序中哪些内存访问操作在并发下是安全的。

由于这种定义相当严谨但又十分烦琐，实践起来很麻烦，接下来将介绍一种定义的一个等效判断原则——先行发生原则，用来确定一个访问在并发环境下是否安全。

  1. 程序次序规则：在一个线程内，程序代码按照控制流顺序依次执行；
  2. 管程锁定规则：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：对一个 volatile 变量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 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：线程中的所有操作先行发生于对此线程的终止检测，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：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.interrupted() 方法检测到是否有中断发生；
  7. 对象终结规则：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 finalize() 方法的开始；
  8. 传递性：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；