并发编程学习笔记之Java 内存模型

Java内存模型总结起来就是：

1. 为什么定义Java内存模型？

现代计算机体系大部是采用的对称多处理器的体系架构。每个处理器均有独立的寄存器组和缓存，多个处理器可同时执行同一进程中的不同线程，这里称为处理器的乱序执行。在Java 中，不同的线程可能访问同一个共享或共享变量。如果任由编译器或处理器对这些访问进行优化的话，很有可能出现无法想象的问题，这里称为编译器的重排序。除了处理器的乱序执行、编译器的重排序，还有内存系统的重排序。因此Java 语言规范引入了Java 内存模型，通过定义多项规则对编译器和处理器进行限制，主要是针对可见性和有序性。

2. 三个基本原则：

• 原子性
• 可见性
• 有序性

3. Java 内存模型涉及的几个关键词：

锁、volatile 字段、final 修饰符与对象的安全发布。
其中：第一是锁，锁操作是具备happens-before 关系的，解锁操作happens-before 之后对同一把锁的加锁操作。实际上，在解锁的时候，JVM需要强制刷新缓存，使得当前线程所修改的内存对其他线程可见。
第二是volatile 字段，volatile 字段可以看成是一种不保证原子性的同步但保证可见性的特性，其性能往往是优于锁操作的。但是，频繁地访问volatile 字段也会出现因为不断地强制刷新缓存而影响程序的性能的问题。
第三是final 修饰符，final 修饰的实例字段则是涉及到新建对象的发布问题。当一个对象包含final 修饰的实例字段时，其他线程能够看到已经初始化的final 实例字段，这是安全的。

4. Happens-Before的7个规则：

不能理解为“先行发生”， 而是 前面一个操作的结果对后续是可见的
(1).程序次序规则：在一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。准确地说，应该是控制流顺序而不是程序代码顺序，因为要考虑分支、循环等结构。
(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。这里必须强调的是同一个锁，而"后面"是指时间上的先后顺序。
(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，这里的"后面"同样是指时间上的先后顺序。
(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：线程中的所有操作都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。

5. Happens-Before 的1个特性：

传递性。

6. Java内存模型底层怎么实现的？

主要是通过内存屏障(memory barrier)禁止重排序的，即时编译器根据具体的底层体系架构，将这些内存屏障替换成具体的 CPU 指令。对于编译器而言，内存屏障将限制它所能做的重排序优化。而对于处理器而言，内存屏障将会导致缓存的刷新操作。比如，对于volatile，编译器将在volatile 字段的读写操作前后各插入一些内存屏障。

参考

• Java内存模型：看Java如何解决可见性和有序性问题
• Java内存模型FAQ