03Java内存模型（Java并发编程的艺术）

1.Java内存模型基础

1.1 Java内存模型的抽象结构

在Java中，所有实例、静态域和数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量、方法定义参数、异常处理器参数不会在线程中共享。

Java线程之间的通信由Java内存模型（Java Memory Model，简称：JMM）控制，JMM决定一个线程共享变量的写入核实对其他线程可见，即通过控制主内存和每个线程的本地内存之间的交互。抽象的结构示意图如下所示：

Java内存模型的抽象结构示意图

1.2 从源码到指令序列的重排序

1.2.1 定义

（1）编译器优化的重排序；在不改变单线程程序语义的前提下；

（2）指令级并行的重排序；在不存在数据依赖性的前提下；

（3）内存系统的重排序；

1.2.2 数据依赖性（单个处理器和单个线程）

如果两个操作访问同一个变量，且这两个操作中有一个为写操作，辞职这两个操作之间存在数据依赖性。

（1）写后读，写一个变量后，再读这个变量

（2）写后写，写一个变量后，再写这个变量

（3）读后写，读一个变量后，再写这个变量

1.2.3 as-if-serial语义

不管怎么重排序，（单线程）程序的执行结果不能改变。

1.3 happens-before

（1）程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作；

（2）监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁；

（3）volatile变量规则：对于一个volatile域的写，happens-before与任意后续对这个volatile域的读；

（4）传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。

（5）start规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()，那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作。

（6）join规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回。

2. volatile的内存语义

2.1 volatile特性

（1）可见性

对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。

（2）原子性

对任意单个volatile变量的读/写具有原子性，但是类似volatile++这种复合操作不具有原子性。

2.2 volatile内存语义的实现

（1）当第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重排序。

（2）当第一个操作是volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能重排序。

（3）当第一个操作是volatile写，第二个操作是volatile读时，不能重排序。

2.3 volatile使用场景

参考：正确使用 Volatile 变量

3 final的内存语义

3.1 final域的重排序规则

（1）在构造函数内对一个final域的写入，与随后将把这个被构造对象的引用复制给一个变量，这两个操作之间不能重排序；禁止把final域的写重排序到构造函数外。

（2）初次读一个包含final域的对象的应用，与随后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序；

4 创建对象的步骤

（1）分配对象的内存空间

（2）初始化对象

（3）设置变量指向刚分配的内存地址