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1. JMM抽象結構模型
JMM抽象結構模型
JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係：
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線程之間的共享變量存儲在主內存中
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每個線程都有一個私有的本地內存，本地內存中存儲了該線程用以讀/寫共享變量的副本
共享變量：堆內存在線程之間共享，存儲在堆內存中所有實例域、靜態域和數組元素都是共享變量
Java內存模型
線程之間通信
線程A與線程B通信：
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線程A把本地內存A中的共享變量刷新到主內存中去。
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線程B到主內存中去讀取線程A之前已更新過的共享變量。
從整體來看，這個過程就是線程A在向線程B發送消息。這個通信過程必須要經過主內存。JMM通過控制主內存與每個線程的本地內存之間的交互，來爲Java程序員提供內存可見性保證。
舉例：
public class JMMTest {
static int a = 0;// 主內存中的共享變量
public static void main(String[] args) {
new Thread() {
public void run() {
a = 1;// 線程本地內存中操作共享變量a，並將a=1刷新到豬內存中
while(true) {// 測試用，爲了保持線程運行
}
};
}.start();
new Thread() {
public void run() {
System.out.println(a);// 線程到主內存中讀取變量a
while(true) {
}
};
}.start();
}
}
兩個線程之間的通信過程如下圖：
2. JMM解決可見性和有序性問題
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要求程序員都去搞懂重排序以及JMM內存屏障再去編程是不現實的。
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JMM提供了簡單易懂的happens-before原則，並向程序員保證執行併發程序會遵守happens-before原則。
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程序員只需理解happens-before原則，按照happens-before原則寫併發代碼，就能保證內存可見性和有序性。
JMM的設計
1.程序員對內存模型的使用
程序員希望內存模型易於理解、易於編程。程序員希望基於一個強內存模型來編寫代碼。
JMM向程序員提供的happens-before規則，簡單易懂且提供了足夠強的內存可見性保證。程序員可以把happens-before規則當做強內存模型看待。
2.編譯器和處理器對內存模型的實現
編譯器和處理器希望內存模型對它們的束縛越少越好，這樣它們就可以做盡可能多的優化來提高性能。編譯器和處理器希望實現一個弱內存模型。
JMM遵循一個基本原則：只要不改變程序的執行結果（指的是單線程程序和正確同步的多線程程序），編譯器和處理器怎麼優化都行。
例如這些優化既不會改變程序的執行結果，又能提高程序的執行效率。
1.如果編譯器經過細緻的分析後，認定一個鎖只會被單個線程訪問，那麼這個鎖可以被消除。
2.如果編譯器經過細緻的分析後，認定一個volatile變量只會被單個線程訪問，那麼編譯器可以把這個volatile變量當作一個普通變量來對待。
如圖，程序員、happens-before、JMM之間的關係：
3. happens-before
一個操作執行的結果需要對另一個操作可見，那麼這兩個操作之間必須存在happens-before關係。
兩個操作可以是單線程或多線程，happens-before解決的就是多線程內存可見性問題。區分數據依賴性和as-if-seial針對單線程。
happens-before原則定義如下：
1）一個操作happens-before另一個操作，那麼第一個操作的執行結果將對第二個操作可見，而且第一個操作的執行順序排在第二個操作之前。
2）兩個操作之間存在happens-before關係，並不意味着一定要按照happens-before原則制定的順序來執行。如果重排序之後的執行結果與按照happens-before關係來執行的結果一致，那麼這種重排序並不非法。
happens-before原則規則：
1）程序次序規則：一個線程內，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發生於書寫在後面的操作；
2）鎖定規則：一個unLock操作先行發生於後面對同一個鎖額lock操作；
3）volatile變量規則：對一個變量的寫操作先行發生於後面對這個變量的讀操作；
4）傳遞規則：如果操作A先行發生於操作B，而操作B又先行發生於操作C，則可以得出操作A先行發生於操作C；
5）線程啓動規則：Thread對象的start()方法先行發生於此線程的每個一個動作；
6）線程中斷規則：對線程interrupt()方法的調用先行發生於被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發生；
7）線程終結規則：線程中所有的操作都先行發生於線程的終止檢測，我們可以通過 Thread.join()方法結束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測到線程已經終止執行；
8）對象終結規則：一個對象的初始化完成先行發生於他的finalize()方法的開始；
JMM與原子性問題
Java內存模型只保證了基本讀取和賦值是原子性操作，如果要實現更大範圍操作的原子性，需要通過互斥加鎖synchronized和Lock來實現。
總結
JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係，共享變量存儲在主內存中，線程本地內存中存儲了該線程用以讀/寫共享變量的副本。
JMM向程序員提供的happens-before規則來解決可見性和有序性問題。
一個操作執行的結果需要對另一個操作可見，那麼這兩個操作之間必須存在happens-before關係。