一篇文章看懂Java并发和线程安全（二）

上一篇博文《一篇文章看懂Java并发和线程安全(一)》讲述了多线程中，程序总不能按照我们所看到的那样执行，必须保证共享数据的可见性和执行临界区代码的有序性，才能让多线程程序运行成我们想要的样子，本篇博客将继续深入讲解一个有序而又乱序的Java世界。

工作内存与主内存的数据交换的细节

volatile、final、锁的内存语义

进入细节

JMM定义了8种基本操作来完成，主内存、工作内存和执行引擎之间的交互，分别是lock、unlock、read、load、use、assign、store、write，虚拟机的实现向程序员保证每一种操作都是原子的，不可分割，对于double和long类型的64为变量不做保证。了解了这些，有助于帮我们理解内存屏障。

针对于主内存的单独操作lock和unlock

·unlock：作用于主内存、释放锁定状态

·read：作用于主内存，把主内存变量传递给工作内存

工作内存到主内存的写交换

·write：作用于主内存，把store过来的值写入主内存变量

·use：作用于工作内存，把工作内存变量传递给执行引擎

上述的交互关系，可以用如下的图来表示：

总体来说，工作内存和主内存的数据交换读写都是用两组操作来完成，而执行引擎和工作内存的数据交换由两个操作完成。当然，上述的8种操作必须满足一些规则，这里列举一些我认为重要的，例如：

·对变量执行lock操作，会清空工作内存中缓存的该值，对变量执行unlock操作，必须先把值同步回主内存。

乱序的Java世界

站在B的视角看，它看不清a=1和b=1谁先执行，由于指令重排序，很可能b=1先执行，请看下表：

站在B线程的视角，B线程中read方法里的代码是否会重排序呢，虽然这个方法的两句话存在依赖关系，JMM支持不改变结果的指令重排，JMM无法预先判断是否有其他线程在修改a的值，所以可能会重排，并且处理器会用猜测执行来重排。请看下表：

指令重排序让线程看不清对方线程的执行顺序，也就是乱序的，那么会有哪些级别的指令重排序呢?有三种：编译器重排序、指令级重排序、内存级重排序。

指令重排序会导致多线程执行的无序，那么JMM会禁止特定类型的指令重排序，JMM通过内存屏障来禁止某些指令重排序，那么有哪些内存屏障呢?总共4类

·StoreStore：前面的store会先于后面的store执行，也就是保证内存可见性

·StoreLoad：前面的store先于后面的Load执行

volatile

·对volatile变量的读操作，后面会插入两个屏障，分别是LoadLoad、LoadStore，说白了就是，我是volatile变量，不管你下面的变量是读或者写，我都要先于你读。

final本质上定义是final域与构造对象的引用之间的内存屏障。

读含有final变量的对象的引用，与读final变量不能指令重排序，插入loadload屏障，保证先读到对象引用，在读final变量的值，也就是只要对象构造完成，并且在构造函数中将final值写入，另外一个线程肯定可以读到，这是JMM的保证。

ReentrantLock中 有个private volatile int state，本质上是用的volatile的内存语义，这里就省略讲了。

前面说这么多，指令重排序重排序，弄乱了Java程序，JMM提供volatile、final、锁来禁止某些指令重排序，那么记住这些重排序规则并非简单的事，JMM用另外一种好记的理论来帮助程序员记忆。

int i=1;int j=2;int a=i*j;

happens-before：happens-before保证如果A、B两个操作存在happens before关系，那么A操作的结果一定对B可见，有了可见性的保证，在加上正确的同步，就能写出线程安全的代码。JSR133定义了哪些天然的happens-before关系呢?请看下面：

·unlock操作happens-before对这个这个锁的lock操作

·线程的start方法happens-before此线程的所有其他操作

·传递性，A happens-before B、B happens-before C，那么A happens-before C

最后还有两句话

一个线程看另一个线程，所有的操作都是无序的，主要是两方面所致，一方面是指令重排序，另一方面是不知道工作内存的值什么时候同步到主内存。

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公众号：《 Java大蜗牛 》