JVM原理（二十）：JVM虚拟机内存的三特性详解

1. 原子性、可进行、有序性

1.1. 原子性

Java内存模型围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这三个特征来建立的。

Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、assign、use、store和write这六个。我们大致可以认为，基本数据类型的访问、读写都是具备原子性的。

1.2. 可见性

可见性就是指当前一个线程修改了共享变量的值时，其他线程能够立即得知这个修改。

实现：Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存，在变量读取前从主内存刷新变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实现可见性。

区别：普通变量与volatile(哇了特)变量的区别是：volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新。因此我们可以说volatile保证了多线程操作时变量的可见性，而普通变量则不能保证这一点。

除了volatile之外，Java还有两个关键字能实现可见性，它们是synchronized和final。同步块的可见性：是由“对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中(执行store、write操作)”这条规则获得的。而final关键字的可见性是指：被final修饰的字段在构造器中---旦被初始化完成，并且构造器没有把“this"的引用传递出去(this引用逃逸是一件很危险的事情，其他线程有可能通过这个引用访问到“初始化了一半”的对象)，那么在其他线程中就能看见final字段的值。

1.3. 有序性

如果在本线程内观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另一个线程，所有的操作都是无序的。

所有的操作都是无序的。前半句是指“线程内似表现为串行的语义”(Within-Thread As-If-Serial Semantics)，后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存与主内存同步延迟”现象。

Java语言提供了volatile和synchronized两个关键字保证线程之间操作的有序性。

volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义。

synchronized则是由“一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”这条规则获得的，这个规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。

2. 先行发生原则

概念：先行发生是Java内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系，比如说操作A先行发生于操作B，其实就是说在发生操作B之前，操作A产生的影响能被操作B观察到，“影响”包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法等。

作用：它是判断数据是否存在竞争，线程是否安全地非常有用地手段。

如果两个操作之间的关系不在此列，并且无法从下列规则推导出来，则它们就没有顺序性保障，虚拟机可以对它们随意地进行重排序。

• 程序次序规则( Program Order Rule) :在一个线程内，按照控制流顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。注意，这里说的是控制流顺序而不是程序代码顺序，因为要考虑分支、循环等结构。

• 管程锁定规则(Monitor Lock Rule) :一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作。这里必须强调的是“同一个锁”，而“后面”是指时间上的先后。

• volatile变量规则( Volatile Variable Rule) :对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作，这里的“后面”同样是指时间上的先后。

• 线程启动规则(Thread Start Rule)：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作。

• 线程终止规则(Thread Termination Rule) ：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测，我们可以通过Thread:join()方法是否结束、Thread:isAlive()的返 回值等手段检测线程是否已经终止执行。

• 线程中断规则(Thread Interruption Rule) :对线程interrupt(方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Threa:interrupted0方法检测到是否有中断发生。

• 对象终结规则(Finalizer Rule) : 一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize(方法的开始。

• 传递性 (Transitivity) :如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C,那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。