java内存模型简述

JAVA内存模型

我们知道计算机在实现多线程操作时，不仅仅需要CPU处理器并发操作，更重要的是并发时，CPU寄存器、高速Cache同主内存间的数据交互。只有保证了这些才能保证安全的线程操作。C语言需要直接操作硬件来完成这些，所以它一旦更换机子就不行了。那么JAVA是如何保证的呢？

JAVA虚拟机通过内存模型（JMM）屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让JAVA程序在各种平台下都能达到一致的并发效果。1.5版本的JAVA实现了JSR-133，JAVA内存模型就已经很不错啦。

主内存和工作内存

JAVA的内存模型尽管屏蔽了硬件信息，但是我们也是可以将至对应到硬件上的。如，每个线程都有自己的工作内存，对应处理器的高速缓存，保存了线程使用到的变量的主内存副本，线程对变量的操作都只能在工作内存中发生，不能直接在主内存中操作；主内存，所有的变量都保存其中，对应到计算机的内存上。

需要注意的是，这种内存划分方式不同于堆、栈、方法区的划分。

内存间交互操作

JMM定义了8种操作来完成，工作内存与主内存的数据交互。

• lock（锁定）：作用于主内存，用于标识一个变量被一个线程独占
• unlock（解锁）：同样作用于主内存，用于释放被锁定的变量
• read（读取）：用于主内存，把一个变量的值从主内存读入工作内存
• load（载入）：作用于工作内存，用于将read操作从主内存得到的变量值放入工作内存的变量副本中
• use（使用）：作用于工作内存，把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎
• assign（赋值）：作用于工作内存，把执行引擎的值赋值给工作内存
• store（存储）：作用于工作内存，把工作内存的一个变量值传送到主内存中
• write（写入）：作用于主内存，把store操作从工作内存中得到的值写入主内存中

注意：read和load、store和write是成双出现的，不要求连续执行，但必须保证执行顺序。

Volatile

volatile是java提供的轻量级的同步机制，JMM为它设置了一些特殊的规则。

1）保证变量对所有线程可见性。

线程在工作内存中对变量进行修改后，会立即更新到主内存中。并且每次在工作内存中要use变量前，都会从主内存中read并load最新的变量值。为了保证所有线程可以取到最新的值，没有使用lock操作。

变量操作，不具有原子性。

2）禁止语句重排优化

虚拟机为了优化效率，会重新对程序的执行顺序进行调整，但这里不会。

long和double

JMM的8种操作都具有原子性，但是对于long和double，虚拟机允许在没有被volatile修饰的情况下将load、store、read、write操作分为2个32位的操作。

可见性

volatile、synchronized和final关键字都可以保证线程的可见性。其中：

volatile：保证新值能立即同步到主内存中，以及每次使用前从住内存读取最新值

synchronized：对一个变量执行unlock操作前，必须将此变量同步回主内存。

final：被final修饰的变量一旦在构造器中初始化完成，并且构造器没有把this的引用传递出去，那么其他线程就能看到final修饰的值。

JAVA与线程

线程实现

1. 使用内核线程实现

内核线程（KLT）是由操作系统内核支持的线程，这种线程由内核来完成线程切换，内核通过操纵调度器对线程进行调度，并负责将线程的任务映射到各个处理器上。

1. 使用用户线程实现

线程不是内核线程就是用户线程。所有的操作都需要用户自己来实现……想想都觉得可怕

1. 混合实现

用户和内核混合实现，可以是M：N的形式，Unix系统就这样搞

1. JAVA线程的实现

java线程模型是基于操作系统原生线程模型的，所有操作系统支持的线程实现模型决定了java的线程实现模型。

java线程调度

有2中调度方式：协同式调度和抢占式调度。

对于协同式调度，线程的执行实践由线程自己控制，线程执行完成后通知系统切换到另外一个线程上

抢占式，每个线程由系统来分配执行时间。java就是抢占式。

java线程状态

• 新建
• 运行
• 无限期等待
• 限期等待
• 阻塞
• 结束