什么是Java内存模型?
JMM((JavaMemoryModel)即为Java内存模型,JVM(Java Virtual Machine)是Java虚拟机,两者不能混为一谈。
下图为JMM模型图
其流程简单来说,就是主内存中的变量先写入到工作内存中,接着交给线程去进行运算,运算后工作内存中的变量副本值发生改变,然后再重新写入到主内存中。
其交互操作如下所示:
- lock （锁定）：作用于主内存的变量，把一个变量标识为线程独占状态
- unlock （解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定
- read （读取）：作用于主内存变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用
- load （载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主存中变量放入工作内存中
- use （使用）：作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的变量传输给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值，就会使用到这个指令
- assign （赋值）：作用于工作内存中的变量，它把一个从执行引擎中接受到的值放入工作内存的变量副本中
- store （存储）：作用于主内存中的变量，它把一个从工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便后续的write使用
- write （写入）：作用于主内存中的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中
用张图来解释一下：
工作内存
中的变量副本是
线程独占
的,不同于
主内存
中的共享变量，它不能被其他线程读取到值。也就是说,如果有
A、B两个线程同时运行
，当A线程的进行到第④步时,变量副本值发生修改
i=1
,但由于没有写回到主内存中，还处于
线程独占
的状态,B线程便不会知道i的值发生变化，如果B线程中是一个循环,
当i=1时跳出循环
,那么B线程永远不会跳出循环。
那如何让B线程知道A线程中的变量值发生了改变呢?这个时候就引入了一个概念,
可见性
——当
多个线程
访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即
看得到
修改的值。
关键字volatile
仔细的同学会发现,上述列的交互操作一共有8个,而图中只有6个,剩下的lock和unlock没有出现！而这就是volatile实现的关键点。
在讲volatile的实现原理之前,要先提一下
MESI缓存一致性协议
,它提供一个嗅探机制(可以简单理解为监听,具体是硬件层面的实现,个人也不太了解),在缓存(工作内存)写入到主内存时,使其他线程缓存中的该变量副本失效,不得不去主内存中获取正确的值。
volatile修饰的变量,在进行到第⑤步时,会加上一个lock操作,直到第⑥步完成之后,才会unlock,而这段时间内,别的线程是不能进行⑤⑥两步操作的。同时由于MESI的存在，线程B便能从主内存中拿到正确的i值进行操作。
一句话概括:volatile — 保证读写的都是主内存的变量。
原子性，可见性，有序性
可见性已经说过了,这里着重讲一下原子性和有序性。
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原子性
即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
还是以上面那张图来做解释,假设A,B线程相同都执行1W次加1的操作,如果A线程执行到
第④步
,处理器没有继续操作第⑤步,转而去
B线程
完成第④步操作,这个时候问题就出现了。
由于A线程没有及时的完成第⑤步，B线程中的变量副本依旧有效，所以他能够完成加1的操作，随后A，B线程都向主内存中写值，那么两次加1的操作最终等于只完成了一次。
这个时候，synchronized同步代码块的作用就体现出来了，它的底层是对对象的监视器
monitor
进行获取，当线程获取monitor后才能继续往下执行，否则就只能等待。而这个获取的过程是互斥的，所以同一时刻只有一个线程能够获取到monitor。
直观感受一下
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有序性
为了优化性能,编译器和处理器通常会对指令做重排序。
这里以一个双重锁的单例模式来介绍。
public class SecondSingleton {
//volatile关键字保证可见性 同时禁用指令重排（jdk1.5后生效）
private static volatile SecondSingleton singleton;
private SecondSingleton(){
}
public static SecondSingleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (SecondSingleton.class) {
if(singleton == null){
singleton = new SecondSingleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
singleton = new SecondSingleton()
这句，并非是一个原子操作，他在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情:
1. 给 singleton 分配内存
2. 调用 SecondSingleton的构造函数来初始化成员变量
3. 将singleton 对象指向分配的内存空间
这时，如果进行重排序,执行顺序改为了1->3->2,同时另一个线程第3步执行完而第2步未执行时在执行语句:
if(singleton == null){
singleton = new SecondSingleton();
}
那么这时的singleton已经是有内存空间的(非null),但此时它没有成员变量,所以在实例化的时候会出现报错。
如何避免这个问题？ 只需要声明变量的时候加上一个
volatile
便可以，它能禁止处理器的指令重排序。
最后附一张图方便记忆
