JVM——Java内存模型(JMM)
JVM——Java内存模型(JMM)
到底什么是Java内存模型？Java内存模型定义的主要目标是什么？
前言
Java内存模型：屏蔽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内存访问效果。
Java内存模型的主要目标：定义程序中各个变量的访问规则，即JVM如何将这些变量从内存中取出来以及如何将变量再写回内存等细节。注意：此处的变量指实例字段，静态字段和构造数组对象的元素（线程共享），不包括局部变量和方法形参（线程私有）。
JVM如何实现Java内存模型（Java Memory Model）？
一、主内存与工作内存的关系
1、主内存是所有线程共享的区域，而工作内存是每个线程独有的区域。
2、JMM规定所有变量都必须存储在主内存中。
3、线程中的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本。
4、线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行(操作那个副本)，不能直接读写主内存中的变量。
5、不同线程之间无法直接访问彼此的工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来完成。
用一张图很形象的描述关系：
主内存与工作内存存在延迟/多线程不加锁会出现错误的原因？
若一次开启多个线程，就会出现多个工作内存，由于工作内存中的变量是主内存的副本，若每个线程都对其工作线程中的变量进行修改或读取操作，由于主内存与工作内存存在延迟，则会出现脏读等一系列错误。若给该变量加上锁后，每次只能有一个线程能够造作该变量，即使主内存与工作内存存在延迟，也不会有多线程错误（其他线程等着该线程执行完才能开始执行）
二、内存间交互操作
主内存或工作内存之间到底是如何交互的？
总结一下：
若想将一个变量从主内存复制到工作内存中，需要依次执行read和load操作。
若想将一个变量从工作内存同步会主内存中，需要依次执行store和write操作
Java内存模型的三大特性是什么？
三、Java内存模型的三大特性
要想并发程序正确的运行，必须同时保证原子性、可见性以及有序性，只要有任意一个没有被保证，就有可能导致程序运行不正确
1、原子性：一个或多个操作，要么全部执行并且执行过程不会被任何因素打断，要么就不执行
基本数据类型的访问读写(赋值，读取)是具备原子性的，而运算(++,–)不是。而若需要更大范围的原子性，就需要synchronized锁或Lock锁的支持。利用多线程加锁技术可以保证非原子性的操作保持原子性。
2、可见性：当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改。
volatile，synchronized、final可以实现可见性
3、有序性：若在本线程内观察，所有的操作都是有序的（线程内表现为串行），若在线程中观察另一个线程，所有的操作都是无序的（指令重排序+工作内存与主内存存在延迟）
Java内存模型的一些先天的"有序性"，不需要通过任何手段就能保证的有序性。happens-before(先行发生)原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。
什么是volatile？
四、volatile变量的特殊规则
若一个变量定义为volatile之后，它将具备两种特性：
1、保证此变量对所有线程的可见性。
对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作，意思就是当一个线程在对volatile变量进行写操作时，其他读线程必须等待该写线程写完后才能读。
volatile只保证了可见性，但volatile变量的运算在并发情况下一样是不安全的（没有保证原子性和有序性，需要结合锁机制来保证线程安全）
eg：若当前线程已经通过可见性获取了volatile变量的值，此时其他线程对该值进行修改并写回至主内存，而当前线程再次执行时，由于程序计数器的存在，会继续从获取值的下一步进行执行，如果当前线程再将变量修改，最终写回到主内存中的变量就是错误的。
什么时候只是用volatile就能保证线程安全？
①运算结果不依赖当前变量的值，或能够保证只有单一的线程修改变量的值。
②变量不需要与其他的状态变量共同参与不变约束。
若满足以上两条，只是用volatile就能保证线程安全，否则还是要借助锁机制。
volatile禁止指令重排？