Java内存模型--JMM
- 一、JMM是什么？
- 二、Happens-Before原则
- 三、JMM有什么用？
一、JMM是什么？
JMM，全拼Java Memory Model，翻译过来就是Java内存模型。 那么，我们不禁思索，Java内存模型有什么用，是用来做什么的呢？
带着这个问题，学过计算机组成原理的同学应该知道，CPU中寄存器的访问速度很快，内存的访问速度相较来说，比较慢，为了协调CPU中寄存器与内存的访问速度差异，设计了L1,L2,L3三级缓存，如下(以笔者电脑为例):
有了缓存之后，我们尽可能操作缓存中的数据，接下来问题来了，如果缓存中的数据被修改了，会造成缓存与内存中数据不一致。为了解决这个问题，提出了缓存一致性策略，这个东西不是本文的重点，文末会给出CPU缓存一致性的方法。
整体效果图如下：
每个CPU核有自己独立的L1,L2 缓存，共用L3 缓存，通过缓存一致性将L3缓存与主存中的数据保持一致。
但是，不同系统下的指令集与时钟都不一致，Java语言要能够兼容不同系统下的读写，Java完全可以这么做：Java-windows，java-linux，java-macos，发行多个版本，然后维护多个版本，但实际上并没有这么做，而是做了一种约定， 用于屏蔽底层不同操作系统与硬件之间的读写差异。 注意，我们说的约定，这个约定就是JMM，也就是Java内存模型。
Java内存模型有三个特点：
- 可见性：一个线程对共享变量的修改，其他线程立即可见。（线程A修改数据之后写回内存，线程B读取）
- 原子性：一个线程在操作的时候不允许其他线程打断，这个操作要么都完成，要么都不完成。
- 有序性：只要程序最终结果与串行执行结果一致，那么将允许指令重排序。有序性只保证单个线程的正确性。
Q：为什么说的是线程呢？
A：上面图画的明明时CPU，其实是一个意思，一个CPU在一个时间片内只能执行一个线程。
Q：为什么是共享变量而不是主存？
A：Java中变量存储在主存中。
上面图片抽象成Java多线程如下：
JMM规定，任何线程不能直接操作主内存中的变量，应该先将主内存的变量复制一份到本地独立栈空间内，然后进行操作，操作完之后，将变量写回主内存，线程B再读取主存中的值就是最新的了。
上面操作只能保证单线程下正确访问，多线程并发下不能保证一致性。
JMM定义了 8 8 8 中操作来完成内存间交互：
| 操作 | 说明 |
|---|---|
lock | 作用于主内存变量，把一个变量标识为一个线程独占的状态 |
unlock | 作用于主内存变量，把处于锁定的变量释放出来 |
read | 读，作用于主内存变量，将主内存变量读到线程本地内存中 |
load | 加载，将read操作读到的变量存入本地内存的副本中 |
use | 作用于本地内存变量，将变量的值交给执行引擎 |
assign | 作用于本地内存变量，将从执行引擎读到的值赋值给本地内存变量 |
store | 存储，作用于主内存，将本地内存变量的值送到主存中 |
write | 写入，作用于主内存，store的值赋值给主内存变量 |
后面六个是原子操作，但是组合起来不是原子操作，例如read/load组合起来不是原子的，read的中间可能有别的线程再read/load。
例如：两个线程执行同一个代码快：
x = 1
x ++
线程A， B分别读取
1
1
1 到自己的本地内存中，A先执行了x++，将主存中值修改为2，但是线程B此时并不知道，因此它也执行了x++，主存中的值还是2，与我们想象中的3不同。
二、Happens-Before原则
Happens-Before原则定义了前一种操作的结果对后一种操作的结果是可见的。
比如说：操作1 happens-before 操作2， 即使操作1和操作2不在一个线程内执行，JMM也会保证操作1的结果对操作2是可见的。
具体来说， happens-before有八个原则：
- 次序原则：一个线程内，写在前面的操作先行发生于写在后面的操作，例如
x=3, y=x+1， 第一条语句肯定先行发生于第二条语句。 - 锁定原则：解锁操作
happens-before加锁操作 volatile原则：对一个volatile变量的写操作，一定先行发生于对该变量的读操作。传递原则：A happens-before B, B happens-before C, 那么 A happens-before C线程启动原则：线程对象的start方法先行发生于线程内的具体操作。- 线程中断规则：interrupt方法先行发生于isInterrupted()为true的代码块内的方法。
- 线程终止规则：线程内所有操作都优先发生于线程终止操作。可以用isAlive判断是否存活
- 对象终结规则：一个对象初始化完成先行发生于它的finalize()方法
JMM抽象了这个原则来解决指令重排序，有了这个原则，不需要所有的变量都加上volatile 来禁止指令重排序了，简化代码编辑
三、JMM有什么用？
有了JMM规范，我们不需要在任何变量前都加volatile，synchronized，lock，提高系统执行效率。
JMM高并发场景下三个特性的落地实现：
- 原子性：
lock, unlock,synchronized保证了原子性 - 可见性：
synchronized,lock, unlock，volatile保证了数据的可见性。 - 有序性：指令重排序可以保证串行语义一致，但是没有义务保证多线程间的语义也一致 ，所以在多线程下，指令重排序可能会导致一些问题。·
volatile关键字可以禁止指令重排序。
