JVM-6.Java线程内存模型和线程实现

目录：

JVM-1.自动内存管理

JVM-2.字节码和字节码指令

JVM-3.类的加载机制

JVM-4.字节码执行和方法调用

JVM-5.程序编译与代码优化

JVM-6.Java线程内存模型和线程实现

java线程内存模型

• 主内存和工作内存
  Java的线程内存包括主内存和工作内存。
  这里的内存模型和jvm的内存区域并没有直接的关系，如果非要对应起来，那么主内存对应的是java堆，工作内存对应的是虚拟机栈。
  工作内存是每个线程私有的，而主内存则是共享的。
  线程并不直接操作主内存的数据，而是先操作工作内存里保存的副本，然后再同步到主内存中。
  

• volatile的特殊规则
  volatile有两个作用

  • 可见性：所谓可见性就是当一个线程修改了变量后，其他的线程都可以立刻观察到。那普通的变量就不能立刻观察到吗？是的，因为线程都是直接操作工作内存，如果只是读取，那么只是读取工作内存中的副本，并不会察觉到主内存发生了变化。
    而volatile的作用就是值发生变化时，其他线程的工作内存中的副本全部失效，必须重新从主内存获取。这样就能够获取到最新的数值了，也就实现了其他线程可以立刻观察到数据发生了变化。不过这种实现也导致了对数据进行修改时，效率要更低，因为必须通知其他线程，该变量已经被修改。
  • 禁止指令重复排序
    我们以为代码会按照我们编写的顺序去运行，但是实际上并不是这样的。为了优化，虚拟机会把一些逻辑无关的代码重新排序，以加快运行速度，这在单线程的环境下是没有问题的，但是在多线程的环境下却可能发生问题，而被标记了volatile的变量，相关的代码就不会被重排序了。

boolean initialized=false；
public pre(){
    readConfig();//这里是一个读取配置的方法
    initialized = true;//当读取配置完成时，设置为true
    
}
public foo(){
    while(!initialized){
        //当未初始化完成时，休眠
        Thread.sleep();
    }
    //做其他事情
}

上面的代码中，pre()和foo()分别在两个线程中运行，foo只有等待初始化后才会继续执行，但是pre中的代码，从单线程的角度看，以下的两句代码并没有逻辑关系。

readConfig();
initialized = true;

所以有可能会将其顺序倒置未以下代码，那么就会出现问题，foo(）函数的判断就是错误的。

//修改顺序后代码
initialized = true;
readConfig();

所以应该用 volatile 修饰initialized，这样子他的顺序就不会重排了。

volatile boolean initialized=false；

• 先行发生原则
  先行发生原则就是有一些代码必须按照顺序执行。
  1.传递性
  如果代码之间是由关系的，那么他们的顺序是不能调整的，必须按照代码顺序执行,如下面的代码。

int a = 0;
int b = a;
int c = b;

2.使用volitile关键子修饰
3.程序次序，如if语句等，必须先执行if判断
4.线程的启动，终止，中断，必须按照顺序。没有启动前当然不能终止了。
5.对象终结：只有对象初始化完成才可以终结。

线程的实现

• 线程的实现
  线程的实现有两种方案，其一是一对一映射到内核线程，使用内核提供的轻量级线程。这样做的好处是线程的切换，多处理器的同步等复杂问题都由内核去实现。缺点是操作线程必须调用内核进行操作，需要在用户态和内核态之间进行切换。其次，每个线程都对应一个内核线程，需要耗费更多的资源。
  其二是直接使用用户线程来实现多线程，即在一个线程中模拟多个线程。优点是不需要和内核进行交互，效率高，缺点是复杂度高，必须自己实现诸如“阻塞如何处理”，“多处理器映射”等问题。
  java1.2之后的版本，使用的是第一种方案。

• 线程调度
  我们都知道CPU是以时间片的方式来运行线程的，即每一个线程运行一个时间片后，便让出CPU资源给另外一个线程使用，达到一个貌似同时运行的效果，这种线程调度方式称之为抢占式调度。由于java的线程实际上是由内核控制的，所以java的线程调度也是抢占式调度。
  虽然java代码不能对线程的调度进行影响，但是可以影响其被调度的概率。即设置线程的优先级。前调下优先级并不能保证线程的运行顺序，只能保证优先级高的线程会有更大的几率被运行。而且由于不同平台内核优先级并不一致，所以使用优先级并不靠谱。

• 状态转换

  • new:新建线程
  • runable：包含ready，runing。由于线程会一直在ready和runing直接切换，所以并不区分
  • watting：使用object.wait(),Thread.join(),和LockSuport.park()方法等
  • Time Waiting，使用Thread.sleep(）和Object.wait(设置时间)
  • Blocked：获取锁失败后
  • Terminated：线程终止