线程、java内存模型、重排序、Happens-Before、As-If-Serail

Java内存模型

1、线程与JVM

2、java内存区域与java内存模型的区别

3、硬件内存架构与java内存模型

4、java内存模型对并发特征的保证

1、基本概念：

程序：代码，完成某一件任务，代码序列（静态的概念）

进程：程序在某些数据上的一次运行（动态的概念）

线程：一个进程可能包含一个或多个线程（占有资源的独立单元）

2、JVM与线程

JVM什么时候启动？类被调用
JVM线程—》其他的线程（main）
线程在JVM中

3、JVM内存区域

方法区：类信息（由类加载器加载ClassLoader）、常量、static 、JIT （jit是指java的即时编译） （信息共享）

注：类的反射就是在方法区来完成的

Java堆区：实例对象（对象信息） GC （信息共享） (OOM：内存溢出)

注：方法区和堆区都可以信息共享

VM stack（栈）：Java方法在运行的内存模型 (OOM：内存溢出)

注：不能实现数据共享

存储的内容包括：一个本地变量如果是原始类型，那么它会被完全存储到栈区。

一个本地变量也有可能是一个对象的引用，这种情况下，这个本地引用会被存储到栈中，但是对象本身仍然存储在堆区。




PC（程序计数器）：java线程的私有数据，这个数据就是执行下一条指令的地址

Native method stack（本地方法栈）: 与JVM的native

4 Java内存模型 Java memory model JMM(规范,抽象的模型)

1）主内存：共享的信息

2）工作内存：私有信息，基本数据类型，直接分配到工作内存，引用的地址存放在工作内存，引用的对象存放在堆中.

3）工作方式：

A 线程修改私有数据，直接在工作空间修改

B 线程修改共享数据，把数据复制到工作空间中去，在工作空间中修改，修改完成以后，刷新内存中的数据

注：工作空间是指一块内存区域，专门供某个线程使用的一块内存

问题1：工作空间的大小划分规则？如何保证空间不被浪费

答案：JVM VMStack 总的大小是固定的，每个线程的工作空间的大小是根据栈帧的大小来动态提供。也就是说分配线程的工作空间时，根据线程中数据的多少来分配。如果所有的栈帧的大小超过VMStack的总空间时，就会内存溢出。

即虚拟机栈可以提前分配，线程的工作空间动态分配。

5、硬件内存架构与java内存模型

1)硬件架构

a)CPU缓存的一致性问题：并发处理的不同步

b)解决方案：

i.总线加锁（） 降低CPU的吞吐量

ii.缓存上的一致性协议（MESI）

当CPU在CACHE中操作数据时，如果该数据是共享变量，数据在CACHE读到寄存器中，进行新修改，并更新内存数据

CaCHE LINE置无效，其他的CPU就从内存中读数据

2)Java线程与硬件处理器

3)Java内存模型与硬件内存架构的关系

MESI

交叉：数据的不一致

4)Java内存模型的必要性

 Java内存模型的作用：规范内存数据和工作空间数据的交互 

6、并发编程的三个重要特性

原子性：不可分割 x=1

可见性：线程只能操作自己工作空间中的数据

有序性：程序中的顺序不一定就是执行的顺序

编译重排序

指令重排序

提高效率

• as-if-seria:单线程中重排后不影响执行的结果，多线程。
• happens-before

7、JMM对三个特征的保证

1）JMM与原子性

A)X=10 写 原子性 如果是私有数据具有原子性，如果是共享数据没原子性（读写）

**B)Y=x 没有原子性 **

a) 把数据X读到工作空间（原子性）

b) 把X的值写到Y（原子性）

C)I++ 没有原子性

a)读i到工作空间

b)+1；

c)刷新结果到内存

D)Z=z+1 没有原子性

a)读z到工作空间

b)+1；

c)刷新结果到内存

注：多个原子性的操作合并到一起没有原子性

保证方式：

Synchronized

JUC Lock的lock

2）JMM与可见性

 Volatile:在JMM模型上实现MESI协议 <br/>
 Synchronized:加锁 <br/>
JUC   JUC   Lock的lock <br/>

3）JMM与有序性

Volatile： 
 Synchronized： 
Happens-before原则： 
    1）程序次序原则 
    2）锁定原则  ：后一次加锁必须等前一次解锁 
    3）Volatile原则：霸道原则 
    4）传递原则：A---B ---C    A--C 

总结：

JVM内存区域和JMM的关系 <br/>
JMM和硬件的关系 <br/>
JMM和并发编程三个重要特征（有序性  as-if-seria   happens-before  ） <br/>

参考文献：

[1]https://blog.youkuaiyun.com/suifeng3051/article/details/52611310

[2]http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1

[3]http://www.jianshu.com/p/d3fda02d4cae