Java内存模型(二)：主内存与工作内存的交互

相关名词解释

我们将会用到几个名词，先来搞清楚这几个名词的含义。

- Java内存模型

Java虚拟机规范中定义的Java内存模型，其目标是屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，实现Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果，具体体现在其在程序中遵循的各种变量（包含实例字段、静态字段、不变字段和数组对象）的访问规则（可以理解为将变量从内存中取出和存储到内存的底层细节）。Java之所以跨平台正是因为如此。

- 主内存、工作内存

Java虚拟机规定了所有的变量都存储在主内存中，线程在使用这些变量的时候，需要首先从主内存拷贝到工作内存（这个说法不严谨，可以暂时这么认为），使用完毕后，如果对变量进行了修改，需要写回主内存

主内存可以暂时理解为方法区和Java堆空间，可以先看我的[上一篇]博客。工作内存就是线程私有的栈空间和程序计数器区域（实际上对应的应该是计算机CPU工作的高速缓冲区）。(http://blog.csdn.net/shizhengxing/article/details/45016599)

- 指令重排序

Java中指令重排序分为两种：编译期重排序和运行时重排序。其作用是在不改变程序语义的前提下，充分复用寄存器的存储值，尽可能少的读取、存储寄存器。体现在程序的“乱序执行”。我们通常理解的程序时顺序执行的。

例如：int ａ＝０,ｂ＝１,ｃ＝２；

ｂ＋＝ｃ；

ａ＝４；

在被执行重排序后执行可能是这样运行的：

int ａ＝０,ｂ＝１,ｃ＝２；

ａ＝４；

ｂ＋＝ｃ；

再如，在server模式下的JVM：

boolean isOk;
isOk = true;
while(isOk ){
doSomething();
}

可能被重排序为：

boolean isOk;
isOk = true;
while(true){
doSomething();
}

内存间交互操作

我们接着再来关注下变量从主内存读取到工作内存，然后同步回工作内存的细节，这就是主内存与工作内存之间的交互协议。Java内存模型定义了以下8种操作来完成，它们都是原子操作（除了对long和double类型的变量）。

- lock(锁定)

作用于主内存中的变量，它将一个变量标志为一个线程独占的状态。

- unlock(解锁)

作用于主内存中的变量，解除变量的锁定状态，被解除锁定状态的变量才能被其他线程锁定。

- read(读取)

作用于主内存中的变量，它把一个变量的值从主内存中传递到工作内存，以便进行下一步的load操作。

- load(载入)

作用于工作内存中的变量，它把read操作传递来的变量值放到工作内存中的变量副本中。

- use(使用)

作用于工作内存中的变量，这个操作把变量副本中的值传递给执行引擎。当执行需要使用到变量值的字节码指令的时候就会执行这个操作。

- assign(赋值)

作用于工作内存中的变量，接收执行引擎传递过来的值，将其赋给工作内存中的变量。当执行赋值的字节码指令的时候就会执行这个操作。

- store(存储)

作用于工作内存中的变量，它把工作内存中的值传递到主内存中来，以便进行下一步write操作。

- write(写入)

作用于主内存中的变量，它把store传递过来的值放到主内存的变量中。

在将变量从主内存读取到工作内存中，必须顺序执行read、load；要将变量从工作内存同步回主内存中，必须顺序执行store、write。并且这8种操作必须遵循以下规则：

- 1，不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即不允许一个变量从主内存被读取了，但是工作内存不接受，或者从工作内存回写了但是主内存不接受。

- 2，不允许一个线程丢弃它最近的一个assign操作，即变量在工作内存被更改后必须同步改更改回主内存。

- 3，工作内存中的变量在没有执行过assign操作时，不允许无意义的同步回主内存。

- 4，在执行use前必须已执行load，在执行store前必须已执行assign。

- 5，一个变量在同一时刻只允许一个线程对其执行lock操作，一个线程可以对同一个变量执行多次lock，但必须执行相同次数的unlock操作才可解锁。

- 6，一个线程在lock一个变量的时候，将会清空工作内存中的此变量的值，执行引擎在use前必须重新read和load。

- 7，线程不允许unlock其他线程的lock操作。并且unlock操作必须是在本线程的lock操作之后。

- 8，在执行unlock之前，必须首先执行了store和write操作。