老马的JVM笔记（七）----Java内存模型与线程
人不好分心，机器必须分心。
7.1 Java内存模型（Java Memory Model, JMM）
Java内存模型的主要目标为定义Java程序中各个变量的访问规则，即在虚拟机中如何存储和读取变量。这里的变量是针对所有Java变量的。变量存储在虚拟机的主内存上，所有。工作内存为线程的内存，包括局部变量，都是从主内存的变量中拷贝而来。线程不可以直接读写主内存的变量，线程之间的工作变量也不可以随意访问。
主内存与工作内存之间通过协议交互，非常严格。Java规定了工作内存可以执行的8种操作，每种都需要原子性。
lock：作用于主内存，将变量标志为某一线程独占。
unlock：作用于主内存，从lock中释放出来。
read：作用于主内存，将主内存变量传输到工作内存。
load：作用于工作内存，把read出的变量值放入变量副本中。（工作内存只能用拷贝）
use：作用于工作内存，把工作内存中的变量值传输给执行引擎，就是用工作内存中的拷贝值。
assign：作用于工作内存，把执行引擎收到的值赋给工作内存中的变量（拷贝来的）。
store：作用于工作内存，把工作内存的变量值传输给主内存。
write：作用于主内存，把工作内存store的值写入主内存的变量中。
read load use
主内存 <----------------> 工作内存 <--------------> 执行引擎
write store assign
与主内存相关的操作，不允许单独出现。read必须与load成对出现，write必须与store成对出现，且先后顺序必须对。lock与unlock也必须成对出现。
7.2 volatile型变量
与synchronized相比，volatile更轻量。变量被定义为volatile后，所有线程可见---初值可见，被更改后也可以被所有线程得知最新的值。但不能保证并发安全。
public static volatile int race = 0;
public static void inc(){
race++;
}
public static void main(String[] args){
Thread[] threads = new Thread[20];
for(int i = 0; i < 20; i++){
threads[i] = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for(int i = 0; i< 1000; i++){
inc();
}
}
});
threads[i].start();
}
while(Thread.activeCount() > 1) Thread.yield();
System.out.println(race);
}按作者说法，这段代码会出现比20000小的数，在实际操作中，只会在一个线程中卡死。作者想表达race++镶嵌在increase()中，操作非原子性，会出现指令出现检查不符的情况，导致数值无法更新。按作者的说法，volatile的实用性在于可以实现可见性，但不可以依赖当前变量的值，且变量的不变约束不依赖于其他变量。简单说就是不能指望这个变量的值是可靠的场景，可以使用volatile，比如不计算，只当成flag。
volatile变量禁止指令重排序优化。在Java编译中，为了优化，会改变一些语句的执行顺序，但不会影响赋值等重要操作，但提前执行可能会影响代码逻辑。这种问题会比较致命---明明逻辑是对的，咋就先跑了后面的语句呢？所以遇到逻辑有问题的时候，可以用volatile把变量拴起来，这样至少针对该变量的语句是符合顺序的。在volatile变量中，load必须和use牢牢连在一起，并在之前要刷新；assign和store要牢牢连在一起，立刻write。
volatile在读变量值时与普通变量速度类似，写的时候因为涉及lock，会慢。但会比最靠谱的synchronized快。volatile不能算锁。
特别的，long和double两个长类型在load、store、read、write可以不保证原子性。就是说在未经保护的情况下，几个线程同时操作，有可能读取出谁也不认识的值，理论存在，实际没有。
7.4 Happens before原则
好像到处都有这个原则）规定了一些Java中一定要遵循的逻辑顺序：
程序次序规则（Program Order Rule）：在一个线程内要按照代码顺序（？），准确来说是按照控制流顺序（√）。线程间才存 在无序的概念。
管程锁定规则（Monitor Lock Rule）：同一个锁，unlock的操作要在lock之后。
volatile变量规则（Volatile Variable Rule）：volatile修饰的变量的写操作要在之后对这个变量的读操作之前，改完才能读。
线程启动规则（Thread Start Rule）：Thread对象的start()要在这个线程所有动作之前。
线程终止规则（Thread Termination Rule）：线程所有动作都在终止之前，终止包括join，isAlive()。
线程中断规则（Thread Interruption Rule）：线程对interrupt()的调用要早于该线程中检测到中断事件前。
对象终结规则（Finalizer Rule）：一个对象的初始化（构造函数执行结束）要先行发生于finalize()之前。
传递性（Transitivity）：A先行发生于B，B先行发生于C，则A先行发生于C。
其实看起来就是一些非常理所当然的逻辑顺序，多的确实保证不了，靠双手。
7.5 线程的实现
Java的Thread类的关键方法都声明为Native，Native的方法未使用或无法使用平台无关的手段实现。
1.使用内核线程实现：
内核线程（Kernel-Level Thread，KLT）就是操作系统的内核支持的线程。 内核通过调度器（Scheduler）分配一个线程哪里给谁，将线程的任务映射到各个处理器上。多核就是多线程。程序一般不会直接使用系统线程，而是使用内核线程的一种搞机接口，轻量级进程（Light Weight Process，LWP），这是常见的线程。内核线程和轻量级进程是一个1：1的关系。由系统内核线程实现，导致在线程操作时，会进行系统调用，成本较高，且消耗系统资源。
2.使用用户线程实现：
广义上讲，非内核线程的线程都可以被称为用户线程（User Thread，UT），轻量级“进程”也可以属于用户线程。狭义来说，用户线程是建立在用户控件的线程库上，内核不能感知线程的存在。操作都在用户态中完成，不需要系统内核的帮助。进程与线程可以达到1：N的效果，性能较高。由于缺少系统内核的支持，很多操作如阻塞，线程映射到其他处理器上等问题需要解决，很复杂。Java是不用了。
3.使用用户线程加轻量级进程混合实现：
在组合的实现中，用户线程以及有关操作依然在用户态中，避免了系统调用。轻量级进程则作为用户线程与内核线程之间交流的桥梁，完成线程的调度和处理器的映射。在这种关系中，内核线程与轻量级进程依然是1：1的关系，但轻量级进程与用户线程是一种不定的N：M的关系。一个轻量级进程可以服务多个用户线程。
7.6 Java线程调度
线程调度这里指系统为线程分配处理器的调度过程，分为“协同式线程调度”（Cooperative Thread-Scheduling）和“抢占式线程调度”（Preemptive Threads-Scheduling）。协同式属于人民当家做主，线程自己安排自己的起止，在完成后主动让给下一个线程。实现简单，看似合理，但岂不是乱了套？自行安排会导致执行时间不可控，一旦阻塞，将连任到死，导致系统崩溃。抢占式由系统分配时间，线程本身无法决定。Java使用抢占式线程调度。当一个进程阻塞过长，直接杀掉。
Java定义了线程的6种原子级状态，任意时间点每个线程只能处于一种状态：
1.新建（new）：创建后为启动。
2.运行（Runnable）：包括了准备和运行中的状态，所以runnable翻译成“运行”可能一点点不合适。执行中或等待分配都算。
3.无限期等待（Waiting）：线程处于睡眠状态，不会被CPU分配时间，除非有其他线程将其唤醒。（无timeout的wait()，join()，以及LockSupport.park()方法）
4.限期等待（Timed Waiting）：不会被CPU分配时间，但当过了时限后会被自动唤醒。（sleep()，设置了timeout的wait()，join()等）
5.阻塞（Blocked）：阻塞状态的线程等待其他线程中排他锁的释放，在同步区的线程会进入此状态。
6.结束（Terminated）：线程已终止。