jvm八种原子性操作及synchronized锁机制

Java内存模型--同步协议

关于主内存与工作内存之间的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存。如何从工作内存同步到主内存中的实现细节。java内存模型定义了8种操作来完成,每一种都是原子操作:

• lock(锁定)：作用于主内存，它把一个变量标记为一条线程独占状态；

• read(读取)：作用于主内存，它把变量值从主内存传送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，它把read操作的值放入工作内存中的变量副本中；

• use(使用)：作用于工作内存，它把工作内存中的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时候，将会执行这个动作；

• assign(赋值)：作用于工作内存，它把从执行引擎获取的值赋值给工作内存中的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的指令时候，执行该操作；

• store(存储)：作用于工作内存，它把工作内存中的一个变量传送给主内存中，以备随后的write操作使用；

• write(写入)：作用于主内存，它把store传送值放到主内存中的变量中。

• unlock(解锁)：作用于主内存，它将一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才能够被其他线程锁定；

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Java内存模型还规定了执行上述8种基本操作时必须满足如下规则:

（1）不允许read和load、store和write操作之一单独出现（即不允许一个变量从主存读取了但是工作内存不接受，或者从工作内存发起会写了但是主存不接受的情况），以上两个操作必须按顺序执行，但没有保证必须连续执行，也就是说，read与load之间、store与write之间是可插入其他指令的。

（2）不允许一个线程丢弃它的最近的assign操作，即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步回主内存。

（3）不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存中。

（4）一个新的变量只能从主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量，换句话说就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行过了assign和load操作。

（5）一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其执行lock操作，但lock操作可以被同一个条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。

（6）如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。

（7）如果一个变量实现没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。

（8）对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存（执行store和write操作）

 

synchronized

synchronized锁关键字实现原理

在线程执行到synchronized修饰的同步代码块之前,会把当前线程用的全部变量值从主内存read刷新到工作内存,

在同步代码块结束之前,会把变量值重新store刷新回主内存。

synchronized对于同一把锁,可以保证线程的可见性。

voliate缓存可见性实现原理：

底层实现主要是通过汇编lock前缀指令，它会锁定这块区域内的缓存（缓存行锁定）并会回写到主内存。

IA-32架构开发者对lock指令的解释：

1.会将当前处理器缓存行的数据立即写会系统主存

2.这个写回主内存的操作要通过总线，cpu总线嗅探机制监听到,会引起在其他cpu里缓存了该内存地址的数据无效（MES协议）