【0】README 0.1）本文部分文字描述轉(zhuǎn)自“深入理解jvm”，旨在學(xué)習(xí)“java內(nèi)存模型與線程” 的基礎(chǔ)知識(shí)；
【1】概述 1）并發(fā)處理的廣泛應(yīng)用是使得 Amdahl 定律代替摩爾定律稱(chēng)為計(jì)算機(jī)性能發(fā)展源動(dòng)力的根本原因； 2）Amdahl 定律：該定律通過(guò)系統(tǒng)中并行化與串行化的比重來(lái)描述多處理器系統(tǒng)能獲得的運(yùn)算加速能力； 3）摩爾定律：該定律用于描述處理器晶體管數(shù)量與運(yùn)行效率間的發(fā)展關(guān)系； Conclusion）這兩個(gè)定律的更替代表了近年來(lái)硬件發(fā)展從追求處理器頻率到追求多核心并行處理的發(fā)展過(guò)程；
【2】硬件的效率與一致性 1）高速緩存（干貨——引入高速緩存）

• 1.1）problem：由于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備與處理器的運(yùn)算速率有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差距；
• 1.2）solution：引入一層讀寫(xiě)速度盡可能接近處理器速度的高速緩存（cache） 來(lái)作為內(nèi)存與處理器間的緩沖： 將運(yùn)算需要使用到的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存中，讓運(yùn)算能快速進(jìn)行，當(dāng)運(yùn)算結(jié)束后再?gòu)木彌_同步回內(nèi)存中，這樣處理器就無(wú)須等待緩慢的內(nèi)存讀寫(xiě)了；

2）緩存的引入產(chǎn)生了一個(gè)新問(wèn)題——緩存一致性： 在多處理器系統(tǒng)中，每個(gè)處理器都有自己的高速緩存，而它們又共享同一主內(nèi)存，如下圖所示：

• 2.1）問(wèn)題描述（problem）： 當(dāng)多個(gè)處理器的運(yùn)算任務(wù)都涉及到同一塊內(nèi)存區(qū)域時(shí)，將可能導(dǎo)致各自的緩存數(shù)據(jù)不一致，那同步到內(nèi)存時(shí)以誰(shuí)的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)呢？
• 2.2）solution： 需要各個(gè)處理器遵循一些協(xié)議，在讀寫(xiě)時(shí)要根據(jù)協(xié)議來(lái)進(jìn)行操作，這類(lèi)協(xié)議有 MSI， MESI，等。
• 2.3）內(nèi)存模型： 可以理解為 在特定的操作協(xié)議下，對(duì)特定的內(nèi)存或高速緩存進(jìn)行讀寫(xiě)訪問(wèn)的過(guò)程抽象；（干貨——java內(nèi)存模型定義）

3）亂序執(zhí)行： 為了使得處理器內(nèi)部的運(yùn)算單元能夠被盡量使用，處理器可能對(duì)輸入代碼進(jìn)行亂序執(zhí)行優(yōu)化，處理器會(huì)在計(jì)算之后將亂序執(zhí)行的結(jié)果重組，保證該結(jié)果與順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的；
【3】java內(nèi)存模型 0）intro to java內(nèi)存模型：java虛擬機(jī)規(guī)范試圖定義一種java內(nèi)存模型（java memory model）來(lái)屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問(wèn)差異，以實(shí)現(xiàn)讓java程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪問(wèn)效果； 【3.1】主內(nèi)存與工作內(nèi)存 1）java內(nèi)存模型的主要目標(biāo)：定義程序中各個(gè)變量的訪問(wèn)規(guī)則，即在虛擬機(jī)中將變量存儲(chǔ)到內(nèi)存和從內(nèi)存中讀取變量這樣的底層細(xì)節(jié)； 2）java內(nèi)存模型規(guī)定了：所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中。

• 2.1）每條線程還有自己的工作內(nèi)存： 線程的工作內(nèi)存中保存了被該線程使用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝，線程對(duì)變量的所有操作（讀取，賦值）都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫(xiě)內(nèi)存中的變量。不同的線程之間也無(wú)法直接訪問(wèn)對(duì)方工作內(nèi)存中的變量;（干貨——每條線程還有自己的工作內(nèi)存，工作內(nèi)存定義）
• 2.2）線程間變量值的傳遞均需要通過(guò)主內(nèi)存來(lái)完成：線程、內(nèi)存、工作內(nèi)存三者關(guān)系如下所示：
• 
  

3）這里所講的主內(nèi)存，工作內(nèi)存與前面講的 java內(nèi)存區(qū)域中的java堆，棧，方法區(qū)等并不是同一個(gè)層次的內(nèi)存劃分，這兩者基本沒(méi)有關(guān)系；

• 3.1）如果硬要扯上關(guān)系，則：主內(nèi)存主要對(duì)應(yīng)于java堆中的對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)部分，而工作內(nèi)存則對(duì)應(yīng)于虛擬機(jī)棧中的部分區(qū)域；
• 3.2）更低層次上說(shuō)：主內(nèi)存就直接對(duì)應(yīng)于物理硬件的內(nèi)存，而為了獲得更好的運(yùn)行速度，虛擬機(jī)可能會(huì)讓工作內(nèi)存優(yōu)先存儲(chǔ)于寄存器和高速緩存中，因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行時(shí)主要訪問(wèn)讀寫(xiě)的是工作內(nèi)存；

【3.2】?jī)?nèi)存間交互操作 1）關(guān)于主內(nèi)存與工作內(nèi)存間的交互協(xié)議，即一個(gè)變量如何從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存，如何從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存；java內(nèi)存模型中定義了以下8種操作（operations）：（干貨——java內(nèi)存模型中定義了以下8種操作）

• o1）lock（鎖定）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)變量標(biāo)識(shí)為一條線程獨(dú)占的狀態(tài)；
• o2）unlock（解鎖）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來(lái)，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定；
• o3）read（讀取）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中，以便隨后的load 動(dòng)作使用；
• o4）load（載入）：作用于工作內(nèi)存的變量， 它把 read 操作從主內(nèi)存中得到的變量放入工作內(nèi)存的變量副本中；
• o5）use（使用）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳遞給執(zhí)行引擎，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)需要使用到變量的值的字節(jié)碼指令時(shí)將會(huì)執(zhí)行這個(gè)操作；
• o6）assign（賦值）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內(nèi)存的變量，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)給變量賦值的字節(jié)碼指令時(shí)執(zhí)行這個(gè)操作；
• o7）store（存儲(chǔ)）：作用于工作內(nèi)存的變量， 它把工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便隨后的write操作使用；
• o8）write（寫(xiě)入）：作用于主內(nèi)存的變量， 它把store操作從工作內(nèi)存中得到的變量的值放入主內(nèi)存的變量中；

2）相關(guān)操作：

• 2.1）把變量從主內(nèi)存復(fù)制到工作內(nèi)存：順序執(zhí)行read和load操作（目的地是工作內(nèi)存）；
• 2.2）把變量從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存：順序執(zhí)行store和write操作（目的地是主內(nèi)存）；
• Attention）java內(nèi)存模型只要求上述兩個(gè)操作必須按順序執(zhí)行，沒(méi)有保證是連續(xù)執(zhí)行；即read和 load 之間，store和 write之間可以插入其他指令；（干貨——java內(nèi)存模型只要求上述兩個(gè)操作必須按順序執(zhí)行，沒(méi)有保證是連續(xù)執(zhí)行，它們之間還可以插入其他指令）

3）java內(nèi)存模型還規(guī)定了在執(zhí)行上述8種基本操作時(shí)必須滿足如下規(guī)則（rules）：

• r1）不允許read和 load，store 和 write操作之一單獨(dú)出現(xiàn)，即不允許一個(gè)變量從主內(nèi)存讀取了但工作內(nèi)存不接受，或者從工作內(nèi)存發(fā)起回寫(xiě)了但主內(nèi)存不接受的情況出現(xiàn)；
• r2）不允許一個(gè)線程丟棄它的最近的assign操作，即變量在工作內(nèi)存中改變了之后必須把該變化同步回主內(nèi)存；
• r3）不允許一個(gè)線程無(wú)原因地（沒(méi)有發(fā)生過(guò)任何 assign操作）把數(shù)據(jù)從線程的工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存中；
• r4）一個(gè)新變量只能在主內(nèi)存中誕生，不允許在工作內(nèi)存中直接使用一個(gè)未被初始化的變量，換句話說(shuō)，對(duì)一個(gè)變量實(shí)施 use，store操作前，必須先執(zhí)行過(guò) assign 和 load 操作；
• r5）一個(gè)變量在同一個(gè)時(shí)刻只允許一個(gè)線程對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ock 操作，但lock操作可以被同一條線程重復(fù)執(zhí)行多次，多次執(zhí)行 lock后，只有執(zhí)行相同次數(shù)的unlock 操作，變量才會(huì)被解鎖；
• r6）如果對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行l(wèi)ock 操作，那將會(huì)清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用這個(gè)變量前，需要重新執(zhí)行 load 或 assign 操作初始化變量的值；
• r7）如果一個(gè)變量事先沒(méi)有被lock操作鎖定，那就不允許對(duì)它執(zhí)行unlock操作，也不允許去 unlock 一個(gè)被其他線程鎖定住的變量；
• r8）對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行unlock 變量前，必須先把此變量同步回主內(nèi)存中（執(zhí)行store， write操作）；
• Conclusion） 這8種內(nèi)存訪問(wèn)操作以及上述規(guī)則限定，再加上稍后介紹的對(duì) volatile 的一些特殊規(guī)定，就已經(jīng)完全確定了java 程序中哪些內(nèi)存訪問(wèn)操作在并發(fā)下是安全的；

【3】 對(duì)于volatile型變量的特殊規(guī)則 1）當(dāng)一個(gè)變量定義為volatile后，它具備兩種特性（characters）：

• c1）保證此變量對(duì)所有線程的可見(jiàn)性，這里的可見(jiàn)性指：當(dāng)一條線程修改了這個(gè)變量的值，新值對(duì)于其他線程來(lái)說(shuō)是可以立即得知的。而普通變量做不到這一點(diǎn)，其在線程間傳遞需要通過(guò)主內(nèi)存來(lái)完成；（干貨——這就是為什么會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的臟讀）
• c2）對(duì)于volatile變量的可見(jiàn)性，有一些誤解： volatile變量對(duì)所有線程都是可見(jiàn)的，對(duì)volatile變量所有的寫(xiě)操作都能立刻反應(yīng)到其他線程中，即，volatile變量在各個(gè)線程中是一致的，所有基于 volatile變量的運(yùn)算在并發(fā)下是安全的。上述語(yǔ)句中的錯(cuò)誤在于并不能得出“基于 volatile變量的運(yùn)算在并發(fā)下是安全的”這個(gè)結(jié)論。

2）雖然volatile變量在各個(gè)線程的工作內(nèi)存中不存在一致性問(wèn)題，但java里面的運(yùn)算并非原子操作，導(dǎo)致 volatile變量的運(yùn)算在并發(fā)下一樣是不安全的。

• 2.1）看個(gè)荔枝：
• public class VolatileTest {public static volatile int race = 0;public static void increase() {race++;}public static final int THREADS_COUNT = 20;public static void main(String[] args) {Thread[] threads = new Thread[THREADS_COUNT];for (int i = 0; i < threads.length; i++) {threads[i] = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int j = 0; j < 10000; j++) {increase();}}});threads[i].start();}// 等待所有累計(jì)線程都endingwhile(Thread.activeCount() > 1) {Thread.yield();}System.out.println(race);} }
• 
  
• 對(duì)以上執(zhí)行結(jié)果的分析（Analysis）：
  • A1）以上代碼的正確輸出結(jié)果是20000， 而執(zhí)行的結(jié)果每次都不一樣，且都小于20000；
  • A2）用javap 反編譯命令得到如下字節(jié)碼，發(fā)現(xiàn)increase（）方法對(duì)應(yīng)4條字節(jié)碼指令（return指令不算）：

• 
  
• 對(duì)以上字節(jié)碼的分析（Analysis）：
  • A1）當(dāng) getstatic指令 把 race 的值取到操作棧頂時(shí)，volatile關(guān)鍵字保證了 race的值在此時(shí)是正確的，但是在執(zhí)行 iconst_1, iadd 這些指令的時(shí)候，其他線程可能已經(jīng)把race 的值加大了，而在操作棧頂?shù)闹稻妥兂闪诉^(guò)期的數(shù)據(jù)，所以 putstatic 指令執(zhí)行后就可能把較小的race 值同步回主內(nèi)存中；
  • A2）客觀上說(shuō)，在這里使用 字節(jié)碼來(lái)分析并發(fā)問(wèn)題，不是很?chē)?yán)謹(jǐn)。因?yàn)榧词咕幾g出來(lái)只有一條字節(jié)碼指令，也不意味著執(zhí)行這條指令就是一個(gè)原子操作。一條字節(jié)碼指令也可能會(huì)轉(zhuǎn)化成若干條本地機(jī)器碼指令，此處使用 -XX:+PrintAssembly 參數(shù)輸出反匯編來(lái)分析會(huì)更加嚴(yán)謹(jǐn)；（干貨——因?yàn)榧词咕幾g出來(lái)只有一條字節(jié)碼指令，也不意味著執(zhí)行這條指令就是一個(gè)原子操作）

3）由于volatile變量只能保證可見(jiàn)性，在不符合以下兩條規(guī)則的運(yùn)算場(chǎng)景中，我們?nèi)匀灰ㄟ^(guò)加鎖來(lái)保證原子性：

• scene1）運(yùn)算結(jié)果并不依賴變量的當(dāng)前值，或者能夠確保只有單一的線程修改變量的值；
• scene2）變量不需要與其他的狀態(tài)變量共同參與不變約束；

3.1）看個(gè)荔枝（使用volatile變量來(lái)控制并發(fā)） // 使用volatile變量來(lái)控制并發(fā) public class VolatileVariableTest {volatile boolean shutdownRequested; // volatile變量public void shutdown() {shutdownRequested = true;}public void doWork() {while(!shutdownRequested) {// do sth.}} 3.2）使用volatile變量的第二個(gè)語(yǔ)義是禁止指令重排序優(yōu)化：普通變量?jī)H僅會(huì)保證在該方法的執(zhí)行過(guò)程中所有依賴賦值結(jié)果的地方都能獲取到正確的結(jié)果，而不能保證變量賦值操作的順序與程序代碼中的執(zhí)行順序一致。因?yàn)樵谝粋€(gè)線程的 方法執(zhí)行過(guò)程中無(wú)法感知到這點(diǎn)，這也就是java 內(nèi)存模型中描述的所謂的 “線程內(nèi)表現(xiàn)為串行的語(yǔ)義”；（干貨——volatile可以禁止指令重排序優(yōu)化） // 指令重排序演示（偽代碼）public void instruct_reorder() {Map configOptions;char[] configText;// 此變量必須為 volatilevolatile boolean initialized = false;// 假設(shè)以下代碼在線程A 中執(zhí)行// 模擬讀取配置信息，當(dāng)讀取完成后將 initialized 設(shè)置為true 已通知其他線程配置可用configOptions = new HashMap();configText = readConfigFile(filename);processConfigOptions(configText, configOptions);initialized = true;// 假設(shè)以下代碼在線程B 中執(zhí)行// 等待initialized 為true，代表線程A 已經(jīng)把配置信息初始化完成while(!initialized) {sleep();}// 使用線程A 中初始化好的配置信息do_sth_with_config();} 對(duì)以上代碼的分析（Analysis）：

• 如果定義initialized變量沒(méi)有使用volatile修飾：就可能會(huì)由于指令重排序的優(yōu)化，導(dǎo)致位于線程A 中最后一句代碼“initialized=true”被提前執(zhí)行；這樣在線程B中使用配置信息的代碼就可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，而volatile關(guān)鍵字則可以避免此類(lèi)情況的發(fā)生；

3.3）再看個(gè)荔枝：（分析volatile關(guān)鍵字是如何禁止指令重排序優(yōu)化的），以下代碼是一段單例模式代碼，可以觀察加入 volatile和未加入volatile關(guān)鍵字時(shí) 所生成匯編代碼的差別（如何獲得JIT的匯編代碼，參考4.2.7） // 單例模式（分析volatile關(guān)鍵字是如何禁止指令重排序優(yōu)化的） public class Singleton {private volatile static Singleton instance;public static Singleton getInstance() {if(instance == null) {synchronized (Singleton.class) { // 同步塊if(instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}public static void main(String[] args) {Singleton.getInstance();} } Attention）如何對(duì)Class字節(jié)碼文件進(jìn)行反匯編？
【3.4】對(duì)于long 和 double 型變量的特殊規(guī)則 1）java內(nèi)存模型要求lock， unlock， read， load， assign， use，store，write這8個(gè)操作都具有原子性：?但對(duì)于64位的數(shù)據(jù)類(lèi)型（long和double），在模型中特別定義了一條相對(duì)寬松的規(guī)定：允許虛擬機(jī)將沒(méi)有被 volatile修飾的64位數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作劃分為兩次32位的操作來(lái)進(jìn)行，即允許虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)選擇可以不保證64位數(shù)據(jù)類(lèi)型的load， store，read和write這4個(gè)操作的原子性，這點(diǎn)就是所謂的 long 和double 的非原子性協(xié)定； 2）這項(xiàng)寬松的規(guī)定所導(dǎo)致的problem：如果有多個(gè)線程共享一個(gè)并未聲明為 volatile的long 或 double類(lèi)型的變量，并且同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行讀取和修改操作，那么某些線程可能會(huì)讀取到一個(gè)既非原值，也不是其他線程修改值的代表了半個(gè)變量的數(shù)值； 3）不過(guò)這種讀取到的“半個(gè)變量”的case非常罕見(jiàn)：因?yàn)閖ava內(nèi)存模型雖然允許虛擬機(jī)不把long 和 double 變量的讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)成原子操作，但允許虛擬機(jī)選擇把 這些操作實(shí)現(xiàn)為具有原子性的操作，而且還強(qiáng)烈建議虛擬機(jī)這樣實(shí)現(xiàn)；（干貨——不過(guò)這種讀取到的“半個(gè)變量”的case非常罕見(jiàn)）
【3.5】原子性，可見(jiàn)性與有序性 0）intro： java內(nèi)存模型是圍繞著在并發(fā)過(guò)程中如何處理原子性， 可見(jiàn)性和有序性這3個(gè)特征來(lái)建立的； 1）原子性：由于java內(nèi)存模型來(lái)直接保證的原子性變量操作包括 read，load，assign，use，store和write，我們大致認(rèn)為基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的訪問(wèn)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)是具備原子性的。

• 1.1）同步塊——synchronized關(guān)鍵字：如果應(yīng)用場(chǎng)景需要一個(gè)更大范圍的原子性保證，java內(nèi)存模型還提供了lock 和 unlock 操作來(lái)滿足這些需求，盡管虛擬機(jī)沒(méi)有把lock 和 unlock 操作直接開(kāi)放給用戶使用，但是卻提供了更高層次的字節(jié)碼指令 monitorenter 和 monitorexit 來(lái)隱式地使用這兩個(gè)操作；
• 1.2）這兩個(gè)字節(jié)碼指令反映到j(luò)ava代碼中就是同步塊——synchronized關(guān)鍵字：因此在synchronized塊之間的操作也具備原子性；

2）可見(jiàn)性：可見(jiàn)性指當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值，其他能夠立即得知這個(gè)修改。

• 2.1）java內(nèi)存模型是通過(guò)在變量修改后將新值同步回主內(nèi)存，在變量讀取前從主內(nèi)存刷新變量值這種依賴主內(nèi)存作為傳遞媒介的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性的，無(wú)論是普通變量還是volatile變量都是如此；
• 2.2）普通變量與 volatile變量的區(qū)別是：volatile的特殊規(guī)則保證了新值能立即同步到主內(nèi)存，以及每次使用前立即從主內(nèi)存刷新；所以volatile保證了多線程操作時(shí)變量的可見(jiàn)性，普通變量則不能保證這一點(diǎn)；
• 2.3）java還有兩個(gè)關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)性： synchronized 和 final；
  • 2.3.1）同步塊的可見(jiàn)性： 是由對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行unlock 操作前，必須先把此變量同步回主內(nèi)存中；
  • 2.3.2）而final關(guān)鍵字的可見(jiàn)性：被final修飾的字段在構(gòu)造器中一旦初始化完成，并且構(gòu)造器沒(méi)有把this 的引用傳遞出去，那在其他線程中就能看見(jiàn)final 字段的值。
  • 2.3.3）看個(gè)荔枝：
  • // final 可見(jiàn)性測(cè)試 public class FinalVisibilityTest {public static final int i;public final int j;static {i = 0;// do sth}{// 也可以選擇在構(gòu)造函數(shù)中初始化j = 0;// do sth} }
• 對(duì)以上代碼的分析（Analysis）：變量i 和 j 都具備可見(jiàn)性，它們無(wú)須同步就能被其他線程正確訪問(wèn)；

3）有序性

• 3.1）java程序中天然的有序性總結(jié)為一句話：如果在本線程內(nèi)觀察，所有的操作都是有序的；如果在一個(gè)線程中觀察另一個(gè)線程，所有的操作都是無(wú)序的。前半句是指： 線程內(nèi)表現(xiàn)為串行的語(yǔ)義，后半句是指：指令重排序現(xiàn)象和工作內(nèi)存與主內(nèi)存同步延遲現(xiàn)象；
• 3.2）volatile和 synchronized關(guān)鍵字保證了線程間操作的有序性：volatile關(guān)鍵字本身就包含了禁止指令重排序的語(yǔ)義，而synchronized則是由 一個(gè)變量在同一時(shí)刻只允許一條線程對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ock 操作這條規(guī)則獲得的，這條規(guī)則決定了持有同一個(gè)鎖的兩個(gè)同步塊只能串行地進(jìn)入；

【3.6】先行發(fā)生原則 1）先行發(fā)生原則定義：先行發(fā)生是 java內(nèi)存模型中定義的兩項(xiàng)操作之間的偏序關(guān)系，如果說(shuō)操作A 先行發(fā)生于操作B，其實(shí)就是說(shuō)在發(fā)生操作B之前，操作A產(chǎn)生的影響能被操作B觀察到， 影響包括 修改了內(nèi)存中共享變量的值，發(fā)送了消息，調(diào)用了方法等；（干貨——先行發(fā)生原則定義） 2）看個(gè)荔枝（如何理解?“影響包括 修改了內(nèi)存中共享變量的值，發(fā)送了消息，調(diào)用了方法等”） // 先行發(fā)生 原則 public class AheadOccurTest {int i = 0;int j = 0;public void test() {// 以下操作在線程A中執(zhí)行i = 1;// 以下操作在線程 B 中執(zhí)行j = i;// 以下操作在線程 C 中執(zhí)行i = 2;} } 對(duì)以上代碼的分析（Analysis）：線程C 出現(xiàn)在 線程A 和 B之間， 但線程C 和 B 并沒(méi)有先行發(fā)生關(guān)系，那j的值 會(huì)是多少，答案是不確定的； 3）下面是java內(nèi)存模型下一些天然的先行發(fā)生關(guān)系，這些先行發(fā)生關(guān)系無(wú)須任何同步器協(xié)助就已經(jīng)存在，可以在編碼中直接使用：

• 3.1）程序次序規(guī)則：在一個(gè)線程內(nèi)，按照程序代碼順序，書(shū)寫(xiě)在前面的操作先行發(fā)生于書(shū)寫(xiě)在后面的操作；準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)該是控制流順序；
• 3.2）管程鎖定規(guī)則：一個(gè)unlock操作先行發(fā)生于后面對(duì)同一個(gè)鎖的lock操作；這里必須強(qiáng)調(diào)的是同一個(gè)鎖，而后面是指時(shí)間上的先后順序；
• 3.3）volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)volatile變量的寫(xiě)操作先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量的讀操作，這里的后面是指時(shí)間上的先后順序；
• 3.4）線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread對(duì)象的start() 方法先行發(fā)生于此線程的每一個(gè)動(dòng)作；
• 3.5）線程終止規(guī)則：線程中的所有操作都先行發(fā)生于對(duì)此線程的終止檢測(cè)，可以通過(guò)Thread.join() 方法結(jié)束，Thread.isAlive() 的返回值等手段檢測(cè)到線程已經(jīng)終止運(yùn)行；
• 3.6）線程中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupt() 方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生，可以通過(guò) Thread.interrrupted() 方法檢測(cè)到是否有中斷發(fā)生；
• 3.7）對(duì)象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化完成先行發(fā)生于它的finalize() 方法的開(kāi)始；
• 3.8）傳遞性：如果操作A 先行發(fā)生于操作B， 操作B 先行發(fā)生于操作C，那就可以得出操作A 先行發(fā)生于 操作C的結(jié)論；

4）看個(gè)荔枝：如何使用這些規(guī)則去判定操作間是否具備順序性，對(duì)于讀寫(xiě)共享變量的操作來(lái)說(shuō)，就是線程是否安全； // 利用先行發(fā)生 原則 // 判定操作間是否具備順序性，對(duì)于讀寫(xiě)共享變量的操作來(lái)說(shuō)，就是線程是否安全 public class AheadOccurTest2 {private int value = 0;public void setValue(int value) {this.value = value; }public int getValue() {return value;}Integer i = 0; } 對(duì)以上代碼的分析（Analysis）：

• A1）problem：假設(shè)線程A 先調(diào)用了 setValue(1)， 之后線程B 調(diào)用了同一個(gè)對(duì)象的getValue() ，那么線程B 收到的value是什么？
• A2）可以判定：盡管線程A在操作時(shí)間上先于線程B， 但是無(wú)法確定線程B 中“getValue()” 方法的返回結(jié)果，換句話說(shuō)，這里面的操作不是線程安全的；
• A3）solution：我們至少有兩種簡(jiǎn)單的解決方案：
  • solution1）要么把getter 和 ?setter方法都定義為 synchronized方法，這樣就可以套用管程鎖定規(guī)則；
  • solution2）要么把value定義為 volatile變量，由于setter方法對(duì)value的修改不依賴于 value的原值，滿足volatile關(guān)鍵字使用場(chǎng)景，這樣就可以套用volatile變量規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)先行發(fā)生關(guān)系；
• A4）得出結(jié)論：一個(gè)操作時(shí)間上的先發(fā)生 不代表這個(gè)操作會(huì)是先行發(fā)生，那如果一個(gè)操作先行發(fā)生是否就能推導(dǎo)出這個(gè)操作必定是 時(shí)間上的先行發(fā)生呢？ （顯然推導(dǎo)不出來(lái)）。一個(gè)典型的荔枝就是多次提到的“指令重排序”。
  • A4.1）看個(gè)荔枝：
  • // 以下操作在同一個(gè)線程中執(zhí)行 int i = 1; int j = 2;
  • 對(duì)上述代碼的分析（Analysis）： 根據(jù)程序次序規(guī)則， int i = 1 的操作先行發(fā)生于 int j =2，但 int j = 2 完全可能先被處理器執(zhí)行，這并不影響先行發(fā)生原則的正確性；
• Conclusion）以上兩個(gè)實(shí)例得出結(jié)論：時(shí)間先后順序與先行發(fā)生原則之間基本沒(méi)有太大的關(guān)系，所以我們衡量并發(fā)安全問(wèn)題的時(shí)候不要受到時(shí)間順序的干擾，一切必須以先行發(fā)生原則為準(zhǔn)；

【4】java 與線程 【4.1】線程的實(shí)現(xiàn) 0）intro

• 0.1）線程是比進(jìn)程更輕量級(jí)的調(diào)度執(zhí)行單位： 線程的引入，可以把一個(gè)進(jìn)程的資源分配和執(zhí)行調(diào)度分開(kāi)，各個(gè)線程既可以共享進(jìn)程資源（內(nèi)存地址，文件IO等），又可以獨(dú)立調(diào)度（線程是CPU 調(diào)度的基本單位）；
• 0.2）線程實(shí)現(xiàn)的3種方式：使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)，使用用戶線程實(shí)現(xiàn)，使用用戶線程加輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)（干貨——線程實(shí)現(xiàn)的3種方式：使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)+使用用戶線程實(shí)現(xiàn)+使用用戶線程和輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)）
• 
  

1）使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)

• 1.1）內(nèi)核線程（KLT，Kernel-Level Thread）：就是直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核（下稱(chēng)內(nèi)核）支持的線程，這種線程由內(nèi)核來(lái)完成線程切換，內(nèi)核通過(guò)操縱調(diào)度器對(duì)線程進(jìn)行調(diào)度，并負(fù)責(zé)將線程的任務(wù)映射到各個(gè)處理器上。（干貨——內(nèi)核線程和輕量級(jí)進(jìn)程的定義）
• 1.2）程序一般不會(huì)直接去使用內(nèi)核線程，而是去使用內(nèi)核線程的一種高級(jí)接口——輕量級(jí)進(jìn)程（Light Weight Process, LWP）：輕量級(jí)進(jìn)程就是我們通常意義上講的線程，由于每個(gè)輕量級(jí)線程都由一個(gè)內(nèi)核線程支持，因此只有先支持內(nèi)核線程，才能有輕量級(jí)進(jìn)程。這種輕量級(jí)進(jìn)程與內(nèi)核線程間1:1 的關(guān)系稱(chēng)為一對(duì)一的線程模型，如下圖所示：（干貨——引入輕量級(jí)進(jìn)程）
• 
  
• 1.3）輕量級(jí)進(jìn)程有局限性：
  • 1.3.1）首先：由于是基于內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)的，所以各種線程操作，如創(chuàng)建，析構(gòu)及同步，都需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用， 而系統(tǒng)調(diào)用的代價(jià)相對(duì)較高，需要在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)中來(lái)回切換；
  • 1.3.2）其次：每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程都需要有一個(gè)內(nèi)存線程的支持，因此輕量級(jí)進(jìn)程要消耗一定的內(nèi)核資源（如內(nèi)核線程的棧空間），因此一個(gè)系統(tǒng)支持輕量級(jí)進(jìn)程的數(shù)量是有限的；

2）使用用戶線程實(shí)現(xiàn)（已經(jīng)被Deprecated） 3）使用用戶線程加輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)

• 3.1）在該實(shí)現(xiàn)方式下，既存在用戶線程，也存在輕量級(jí)進(jìn)程；
• 3.2）用戶線程還是完全建立在用戶空間中：因此用戶線程的創(chuàng)建，切換，析構(gòu)等操作依然廉價(jià)，并且可以支持大規(guī)模的用戶線程并發(fā)；
• 3.3）操作系統(tǒng)提供支持的輕量級(jí)進(jìn)程則作為用戶線程和內(nèi)核線程之間的橋梁：這樣可以使用內(nèi)核提供的線程調(diào)度功能及處理器映射，并且用戶線程的系統(tǒng)調(diào)用要通過(guò)輕量級(jí)線程來(lái)完成，大大降低了整個(gè)進(jìn)程被完全阻塞 的風(fēng)險(xiǎn)；（干貨——操作系統(tǒng)提供支持的輕量級(jí)進(jìn)程則作為用戶線程和內(nèi)核線程之間的橋梁）
• 3.4）在這種混合模式中：用戶線程與輕量級(jí)進(jìn)程的數(shù)量比是不定的，即為 N：M 的關(guān)系，如下圖所示， 這種就是多對(duì)多的線程模型；
• 
  

【4.2】java線程調(diào)度 1）線程調(diào)度定義：是指系統(tǒng)為線程分配處理器使用權(quán)的過(guò)程，主要調(diào)度方式有：協(xié)同式線程調(diào)度 和 搶占式線程調(diào)度；（干貨——線程調(diào)度定義 + 主要調(diào)度方式） （干貨——請(qǐng)注意協(xié)同式線程調(diào)度和搶占式線程調(diào)度的區(qū)別） 2）使用協(xié)同式線程調(diào)度的多線程系統(tǒng)：線程的執(zhí)行時(shí)間由線程本身來(lái)控制，線程把自己的工作執(zhí)行完以后，要主動(dòng)通知系統(tǒng)切換到另外一個(gè)線程上；

• 2.1）其好處是：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且由于線程要把自己的事情干完后才會(huì)進(jìn)行線程切換，切換操作讀線程自己是可知的，所以沒(méi)有什么線程同步的問(wèn)題；
• 2.2）其壞處是：線程執(zhí)行時(shí)間不可控制，甚至如果一個(gè)線程編寫(xiě)有問(wèn)題，一直不告訴系統(tǒng)進(jìn)行線程切換，那么程序就會(huì)一直阻塞在那里；

3）使用搶占式線程調(diào)度的多線程系統(tǒng)：那么每個(gè)線程將由系統(tǒng)來(lái)分配執(zhí)行時(shí)間，線程的切換不由線程本身來(lái)決定；

• 3.1）java使用的方式就是 搶占式線程調(diào)度方式；
• 3.2）雖然java 線程調(diào)度是系統(tǒng)自動(dòng)完成的： 但我們還是可以建議系統(tǒng)給某些線程多分配一點(diǎn)執(zhí)行時(shí)間，另外一些線程則可以少分配一點(diǎn)——這項(xiàng)操作可以通過(guò)設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)來(lái)完成；（干貨——設(shè)置java 線程優(yōu)先級(jí)）
• 3.3.）不過(guò)線程優(yōu)先級(jí)并不是太靠譜：因?yàn)閖ava的線程是通過(guò)映射到系統(tǒng)的原生線程上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以線程調(diào)度最終還是取決于 操作系統(tǒng)；雖然現(xiàn)在很多os 都提供了線程優(yōu)先級(jí)，但不見(jiàn)得和 能與 java線程的優(yōu)先級(jí)一一對(duì)應(yīng)；如 Solaris中有 2^32 種優(yōu)先級(jí)，而windows只有7種 ；（干貨——java的線程優(yōu)先級(jí)并不是太靠譜）
• 3.4）下表顯示了 java線程優(yōu)先級(jí) 與 windows 線程優(yōu)先級(jí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：
• 
  

補(bǔ)充-Complementary）：

• C1）上文說(shuō)到的“java線程優(yōu)先級(jí)并不是太靠譜”，不僅僅是在說(shuō)一些平臺(tái)上不同的優(yōu)先級(jí)實(shí)際會(huì)變得相同這一點(diǎn)，還有其他case 讓我們不能太依賴優(yōu)先級(jí)：優(yōu)先級(jí)可能會(huì)被系統(tǒng)自行改變。（干貨——優(yōu)先級(jí)可能會(huì)被系統(tǒng)自行改變）
• C2）如，在windows 中存在一個(gè)稱(chēng)為 “優(yōu)先級(jí)推進(jìn)器”的功能，作用是 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)線程執(zhí)行得特別勤奮的話，可能會(huì)越過(guò)線程優(yōu)先級(jí)去為它分配執(zhí)行時(shí)間；

【4.3】狀態(tài)轉(zhuǎn)換 1）java定義了6種狀態(tài)（status）：（干貨——java定義了6種線程狀態(tài)）

• 1.1）新建（New）：創(chuàng)建后尚未啟動(dòng)的線程處于這個(gè)狀態(tài)；
• 1.2）運(yùn)行（Runnable）：Runable包括了os 線程狀態(tài)中的 Running 和 Ready，也就是處于 此狀態(tài)的線程有可能正在執(zhí)行，也有可能正在等待著CPU 為它分配執(zhí)行時(shí)間；
• 1.3）無(wú)限期等待（Waiting）：處于這種狀態(tài)的線程不會(huì)被分配CPU執(zhí)行時(shí)間，它們要等待被其他線程顯式的喚醒。以下方法會(huì)讓線程陷入無(wú)限期的等待狀態(tài)（methods）：
  • m1）沒(méi)有設(shè)置Timeout參數(shù)的Object.wait()方法；
  • m2）沒(méi)有設(shè)置Timeout參數(shù)的 Thread.join() 方法；
  • m3）LockSupport.park() 方法；
• 1.4）限期等待（Timed Waiting）：處于這種狀態(tài)的線程也不會(huì)被分配CPU 執(zhí)行時(shí)間，不過(guò)無(wú)需等待被其他線程顯式喚醒，在一定時(shí)間之后，它們會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)喚醒。以下方法會(huì)讓線程進(jìn)入限期等待狀態(tài)（methods）：
  • m1）Thread.sleep() 方法；
  • m2）設(shè)置了Timeout參數(shù)的Object.wait()方法；
  • m3）設(shè)置了Timeout參數(shù)的 Thread.join() 方法；
  • m4）LockSupport.parkNanos() 方法；
  • m5）LockSupport.parkUntil() 方法；
• 1.5）阻塞（Blocked）：線程被阻塞了，?阻塞狀態(tài)與等待狀態(tài)的區(qū)別是：阻塞狀態(tài)在等待著獲取到一個(gè)排他鎖，這個(gè)事件將在另外一個(gè)線程放棄這個(gè)鎖的時(shí)候發(fā)生；而等待狀態(tài)則是在等待一段時(shí)間，或者喚醒動(dòng)作的發(fā)生。在程序等待進(jìn)入同步區(qū)域的時(shí)候，　線程將進(jìn)入這種狀態(tài)；
• 1.6）結(jié)束（Terminated）：已經(jīng)終止線程的線程狀態(tài)，線程已經(jīng)結(jié)束執(zhí)行；

2）以上6種狀態(tài)會(huì)相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的jvm(12)-java内存模型与线程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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