Java虚拟机初学习（三）

一、Java内存模型
线程间的 happens-before 关系。解锁操作 happens-before 之后（这里指时钟顺序先后）对同一把锁的加锁操作。volatile 字段的写操作 happens-before 之后（这里指时钟顺序先后）对同一字段的读操作。线程的启动操作（即 Thread.starts()） happens-before 该线程的第一个操作。线程的最后一个操作 happens-before 它的终止事件（即其他线程通过 Thread.isAlive() 或 Thread.join() 判断该线程是否中止）。线程对其他线程的中断操作 happens-before 被中断线程所收到的中断事件（即被中断线程的 InterruptedException 异常，或者第三个线程针对被中断线程的 Thread.interrupted 或者 Thread.isInterrupted 调用）。构造器中的最后一个操作 happens-before 析构器的第一个操作。

volatile字段的happens-before关系指的是在两个不同线程中，volatile的写操作 happens-before 之后对同一字段的读操作。这里有个关键字之后，指的是时间上的先后。也就是我这边写，你之后再读就一定能读得到我刚刚写的值。普通字段则没有这个保证，volatile 字段的每次访问均需要直接从内存中读写。Java 内存模型是通过内存屏障来禁止重排序的。对于即时编译器来说，内存屏障将限制它所能做的重排序优化。对于处理器来说，内存屏障会导致缓存的刷新操作。

二、虚拟机如何实现synchronized
当声明 synchronized 代码块时，编译而成的字节码将包含 monitorenter 和 monitorexit 指令。当用 synchronized 标记方法时，字节码中方法的访问标记包括 ACC_SYNCHRONIZED。该标记表示在进入该方法时，Java 虚拟机需要进行 monitorenter 操作。而在退出该方法时，不管是正常返回，还是向调用者抛异常，Java 虚拟机均需要进行 monitorexit 操作。实例方法的操作对象是this，静态方法的操作对象是本Class。

当执行 monitorenter 时，如果目标锁对象的计数器为 0，那么说明它没有被其他线程所持有。在这个情况下，Java 虚拟机会将该锁对象的持有线程设置为当前线程，并且将其计数器加 1。在目标锁对象的计数器不为 0 的情况下，如果锁对象的持有线程是当前线程，那么 Java 虚拟机可以将其计数器加 1，否则需要等待，直至持有线程释放该锁。当执行 monitorexit 时，Java 虚拟机则需将锁对象的计数器减 1。当计数器减为 0 时，那便代表该锁已经被释放掉了，这样设计的原因是为了让线程可以在同一个对象中获得同一把锁。

重量级锁会阻塞、唤醒请求加锁的线程。它针对的是多个线程同时竞争同一把锁的情况。Java 虚拟机采取了自适应自旋，来避免线程在面对非常小的 synchronized 代码块时，仍会被阻塞、唤醒的情况。轻量级锁采用 CAS 操作，将锁对象的标记字段替换为一个指针，指向当前线程栈上的一块空间，存储着锁对象原本的标记字段。它针对的是多个线程在不同时间段申请同一把锁的情况。偏向锁只会在第一次请求时采用 CAS 操作，在锁对象的标记字段中记录下当前线程的地址。在之后的运行过程中，持有该偏向锁的线程的加锁操作将直接返回。它针对的是锁仅会被同一线程持有的情况。