前言

Java內(nèi)存模型（Java Memory Model）簡(jiǎn)稱JMM闺阱，是java語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)內(nèi)存模型和規(guī)范, 是一種編程語(yǔ)言的規(guī)范炮车；
JVM內(nèi)存模型，是虛擬機(jī)的內(nèi)存管理模型酣溃，是一種虛擬機(jī)工程規(guī)范瘦穆；
JVM不僅僅是java語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)容器，還可以運(yùn)行多種其他語(yǔ)言赊豌，如Groovy扛或、Scala等等, JVM的內(nèi)存模型跟Java語(yǔ)言本身是沒(méi)有關(guān)系的；

JVM 內(nèi)存模型

JDK1.7以前的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

JDK-1.7-以前的結(jié)構(gòu)

JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要有三大塊：堆內(nèi)存碘饼、方法區(qū)和棧熙兔。

堆內(nèi)存是JVM中最大的一塊悲伶，由年輕代和老年代組成，而年輕代內(nèi)存又被分成三部分黔姜，Eden空間拢切、From Survivor空間、To Survivor空間秆吵，默認(rèn)情況下年輕代的這3種空間年輕代按照8:1:1的比例來(lái)分配;
方法區(qū)存儲(chǔ)類(lèi)信息淮椰、常量、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)纳寂，是線程共享的區(qū)域主穗，為與Java堆區(qū)分，方法區(qū)還有一個(gè)別名Non-Heap(非堆);
棧又分為java虛擬機(jī)棧和本地方法棧主要用于方法的執(zhí)行;

JDK1.8以后的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

JDK-1.8-開(kāi)始的結(jié)構(gòu)

以前的方法區(qū)(或永久代)毙芜，用來(lái)存放class忽媒，Method等元數(shù)據(jù)信息，但在JDK1.8已經(jīng)沒(méi)有了腋粥，取而代之的是MetaSpace(元空間)晦雨，元空間不在虛擬機(jī)里面，而是直接使用本地內(nèi)存隘冲。

為什么要用元空間代替永久代闹瞧？
(1) 類(lèi)以及方法的信息比較難確定其大小，因此對(duì)于永久代的指定比較困難展辞，太小容易導(dǎo)致永久代溢出奥邮，太大容易導(dǎo)致老年代溢出。
(2) 永久代會(huì)給GC帶來(lái)不需要的復(fù)雜度罗珍，并且回收效率偏低洽腺。

JVM架構(gòu)概覽

虛擬機(jī)運(yùn)行架構(gòu)

1. Java堆（Heap）

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊覆旱。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域蘸朋，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例扣唱，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存度液。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時(shí)候也被稱做“GC堆”画舌。如果從內(nèi)存回收的角度看堕担，由于現(xiàn)在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中還可以細(xì)分為：新生代和老年代曲聂；再細(xì)致一點(diǎn)的有Eden空間霹购、From Survivor空間、To Survivor空間等朋腋。

根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定齐疙，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中膜楷，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤(pán)空間一樣贞奋。在實(shí)現(xiàn)時(shí)赌厅，既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的轿塔，不過(guò)當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的（通過(guò)-Xmx和-Xms控制）特愿。

如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)勾缭，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常揍障。

2. 方法區(qū)（Method Area）

方法區(qū)

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域俩由，在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中是這樣定義方法區(qū)的：它存儲(chǔ)了每個(gè)類(lèi)的結(jié)構(gòu)信息毒嫡，例如運(yùn)行時(shí)常量池、字段幻梯、方法數(shù)據(jù)兜畸、構(gòu)造函數(shù)和普通方法的字節(jié)碼內(nèi)容，還包括一些在類(lèi)碘梢、實(shí)例咬摇、接口初始化時(shí)用到的特殊方法。

HotSpot虛擬機(jī)上把方法區(qū)稱為“永久代”（Permanent Generation）痘系，本質(zhì)上兩者并不等價(jià)菲嘴，僅僅是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)饿自，或者說(shuō)使用永久代來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已汰翠。

Java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)這個(gè)區(qū)域的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外昭雌，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集复唤。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類(lèi)型的卸載。

根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定烛卧，當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)佛纫，將拋出OutOfMemoryError異常。

3. 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）

程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間总放，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器呈宇。在虛擬機(jī)的概念模型里（僅是概念模型，各種虛擬機(jī)可能會(huì)通過(guò)一些更高效的方式去實(shí)現(xiàn)）局雄，字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令甥啄，分支、循環(huán)炬搭、跳轉(zhuǎn)蜈漓、異常處理穆桂、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。

由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過(guò)線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的融虽，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻享完，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)核）只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此有额，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置般又，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各條線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響谆吴，獨(dú)立存儲(chǔ)倒源，我們稱這類(lèi)內(nèi)存區(qū)域?yàn)椤熬€程私有”的內(nèi)存。

如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法句狼，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址笋熬；如果正在執(zhí)行的是Natvie方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值則為空（Undefined）腻菇。

此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域胳螟。

4. JVM棧（JVM Stacks）

JVM線程棧幀

與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的筹吐，它的生命周期與線程相同糖耸。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧丘薛、動(dòng)態(tài)鏈接嘉竟、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程洋侨，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程舍扰。

• 局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（boolean、byte希坚、char边苹、short、int裁僧、float个束、long、double）聊疲、對(duì)象引用（reference類(lèi)型茬底，它不等同于對(duì)象本身，根據(jù)不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)获洲，它可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔樬灞恚部赡苤赶蛞粋€(gè)代表對(duì)象的句柄或者其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類(lèi)型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)捶枢，這個(gè)方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的握截，在方法運(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小。
• 操作數(shù)棧烂叔，和局部變量區(qū)一樣谨胞，也被組織成一個(gè)以字長(zhǎng)為單位的數(shù)組，但和前者不同的是蒜鸡，它不是通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)的胯努，而是通過(guò)入棧和出棧來(lái)訪問(wèn)的，可把操作數(shù)棧理解為存儲(chǔ)計(jì)算時(shí)逢防，臨時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域叶沛。
• 除了局部變量區(qū)和操作數(shù)棧外，java棧幀還需要一些數(shù)據(jù)來(lái)支持常量池解析忘朝、正常方法返回以及異常派發(fā)機(jī)制灰署。這些數(shù)據(jù)都保存在java棧幀的幀數(shù)據(jù)區(qū)中。

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中局嘁，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度溉箕，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)椩藐牵可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機(jī)都可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展肴茄，只不過(guò)Java虛擬機(jī)規(guī)范中也允許固定長(zhǎng)度的虛擬機(jī)棧），當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常但指。

5. 本地方法棧（Native Method Stacks）

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的寡痰，其區(qū)別不過(guò)是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)棋凳。虛擬機(jī)規(guī)范中對(duì)本地方法棧中的方法使用的語(yǔ)言拦坠、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定，因此具體的虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它贫橙。甚至有的虛擬機(jī)（譬如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接就把本地方法棧和虛擬機(jī)棧合二為一贪婉。與虛擬機(jī)棧一樣反粥，本地方法棧區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常卢肃。

JVM 調(diào)參

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JVM堆外內(nèi)存

堆外內(nèi)存就是把內(nèi)存對(duì)象分配在Java虛擬機(jī)的堆以外的內(nèi)存囱皿，這些內(nèi)存直接受操作系統(tǒng)管理（而不是虛擬機(jī)），這樣做的結(jié)果就是能夠在一定程度上減少垃圾回收對(duì)應(yīng)用程序造成的影響忱嘹。

堆外內(nèi)存主要包含：

1. Meta Space 元空間
2. Code Cache JIT編譯代碼緩存
3. JVM線程棧
4. Native方法棧
5. 程序計(jì)數(shù)器
6. Class Compress Space 類(lèi)壓縮空間

作為JAVA開(kāi)發(fā)者我們經(jīng)常用java.nio.DirectByteBuffer對(duì)象進(jìn)行堆外內(nèi)存的管理和使用嘱腥，它會(huì)在對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)候就分配堆外內(nèi)存。

java.nio.DirectByteBuffer對(duì)象在創(chuàng)建過(guò)程中會(huì)先通過(guò)Unsafe接口直接通過(guò)os::malloc來(lái)分配內(nèi)存拘悦，然后將內(nèi)存的起始地址和大小存到j(luò)ava.nio.DirectByteBuffer對(duì)象里齿兔，這樣就可以直接操作這些內(nèi)存。這些內(nèi)存只有在DirectByteBuffer回收掉之后才有機(jī)會(huì)被回收础米，因此如果這些對(duì)象大部分都移到了old愧驱，但是一直沒(méi)有觸發(fā)CMS GC或者Full GC，那么悲劇將會(huì)發(fā)生椭盏，因?yàn)槟愕奈锢韮?nèi)存被他們耗盡了组砚，因此為了避免這種悲劇的發(fā)生，通過(guò)-XX:MaxDirectMemorySize來(lái)指定最大的堆外內(nèi)存大小掏颊，當(dāng)使用達(dá)到了閾值的時(shí)候?qū)⒄{(diào)用System.gc來(lái)做一次full gc糟红，以此來(lái)回收掉沒(méi)有被使用的堆外內(nèi)存

堆外內(nèi)存的好處：
1、減少了垃圾回收乌叶，因?yàn)槎褍?nèi)存垃圾回收會(huì)Stop The World盆偿。
2、加快了復(fù)制的速度准浴，堆內(nèi)數(shù)據(jù)在flush到遠(yuǎn)程時(shí)事扭，會(huì)先復(fù)制到直接內(nèi)存（非堆內(nèi)存），然后在發(fā)送乐横，而堆外內(nèi)存相當(dāng)于省略掉了這個(gè)工作求橄。

堆外內(nèi)存的缺點(diǎn)：
1、堆外內(nèi)存的缺點(diǎn)就是內(nèi)存難以控制葡公，使用了堆外內(nèi)存就間接失去了JVM管理內(nèi)存的可行性罐农，改由自己來(lái)管理，當(dāng)發(fā)生內(nèi)存溢出時(shí)排查起來(lái)非常困難催什。

有許多單機(jī)緩存框架是用的堆外內(nèi)存涵亏，比如EHCache。

Java內(nèi)存模型(JMM)

Java的共享內(nèi)存

線程內(nèi)存模型

由上述對(duì)JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)的描述中，我們知道了堆和方法區(qū)是線程共享的气筋。方法調(diào)用的局部變量就不會(huì)在線程之間共享拆内，它們不會(huì)有內(nèi)存可見(jiàn)性問(wèn)題，也不受內(nèi)存模型的影響宠默。

CPU的處理速度和主存的讀寫(xiě)速度不是一個(gè)量級(jí)的矛纹，為了平衡這種巨大的差距，每個(gè)CPU都會(huì)有緩存光稼。共享變量會(huì)先放在主存中或南，每個(gè)線程都有屬于自己的工作內(nèi)存，并且會(huì)把位于主存中的共享變量拷貝到自己的工作內(nèi)存艾君，之后的讀寫(xiě)操作均使用位于工作內(nèi)存的變量副本采够，并在某個(gè)時(shí)刻將工作內(nèi)存的變量副本寫(xiě)回到主存中去。

Java線程之間的通信由Java內(nèi)存模型控制冰垄，JMM決定一個(gè)線程對(duì)共享變量的寫(xiě)入何時(shí)對(duì)另一個(gè)線程可見(jiàn)蹬癌。

從抽象的角度來(lái)看，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系：線程之間的共享變量存儲(chǔ)在主內(nèi)存（main memory）中虹茶，每個(gè)線程都有一個(gè)私有的本地內(nèi)存（local memory）逝薪，本地內(nèi)存中存儲(chǔ)了該線程以讀/寫(xiě)共享變量的副本。本地內(nèi)存是JMM的一個(gè)抽象概念蝴罪，它涵蓋了各種CPU緩存董济、寄存器以及其他的硬件和編譯器優(yōu)化。

Java的重排序

Class Reordering {
  int x = 0, y = 0;
  public void writer() {
    x = 1;
    y = 2;
  }
  public void reader() {
    int r1 = y;
    int r2 = x;
  }
}

在執(zhí)行程序時(shí)為了提高性能要门，編譯器和處理器常常會(huì)對(duì)指令做重排序执虹。

這里說(shuō)的重排序可以發(fā)生在好幾個(gè)地方：編譯器港庄、運(yùn)行時(shí)梯浪、JIT等抖剿，比如編譯器會(huì)覺(jué)得把一個(gè)變量的寫(xiě)操作放在最后會(huì)更有效率，編譯后炒瘟，這個(gè)指令就在最后了（前提是只要不改變程序的語(yǔ)義吹埠，編譯器、執(zhí)行器就可以這樣自由的隨意優(yōu)化）疮装，一旦編譯器對(duì)某個(gè)變量的寫(xiě)操作進(jìn)行優(yōu)化（放到最后）缘琅，那么在執(zhí)行之前，另一個(gè)線程將不會(huì)看到這個(gè)執(zhí)行結(jié)果斩个。

JMM 語(yǔ)義

由于Java共享內(nèi)存以及Java重排序的存在胯杭，會(huì)導(dǎo)致多線程環(huán)境下存在操作可見(jiàn)性的問(wèn)題驯杜。

為了方便程序員進(jìn)行并發(fā)編程受啥，Java定義了一些規(guī)則，這規(guī)則稱為happens-before規(guī)則，從JDK 5 開(kāi)始滚局，JMM就使用happens-before的概念來(lái)闡述多線程編程時(shí)的操作可見(jiàn)性居暖。

happends-before含義：cpu在某個(gè)時(shí)間片執(zhí)行一個(gè)操作后，cpu按時(shí)間輪片到后續(xù)任意線程執(zhí)行時(shí)藤肢，都能觀察到這個(gè)操作的效果太闺；

在JMM中，如果一個(gè)操作執(zhí)行的結(jié)果需要對(duì)另一個(gè)操作可見(jiàn)嘁圈，那么這兩個(gè)操作之間必須存在happens-before關(guān)系省骂。

happens-before原則定義如下：
1、程序次序規(guī)則：一個(gè)線程內(nèi)最住，按照代碼順序钞澳，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；
2涨缚、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)鎖額lock操作轧粟；
3、volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)變量的寫(xiě)操作先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量的讀操作脓魏；
4兰吟、傳遞規(guī)則：如果操作A先行發(fā)生于操作B，而操作B又先行發(fā)生于操作C茂翔，則可以得出操作A先行發(fā)生于操作C混蔼；
5、線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread對(duì)象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每個(gè)一個(gè)動(dòng)作珊燎；
6拄丰、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；
7俐末、線程終結(jié)規(guī)則：線程中所有的操作都先行發(fā)生于線程的終止檢測(cè)料按，我們可以通過(guò)Thread.join()方法結(jié)束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測(cè)到線程已經(jīng)終止執(zhí)行卓箫；
8载矿、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)生于他的finalize()方法的開(kāi)始；

JMM的底層實(shí)現(xiàn)

從java編程的角度來(lái)看烹卒，JMM是通過(guò)synchronize闷盔、volatile以及并發(fā)包里的鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)JMM語(yǔ)義；

volatile 實(shí)現(xiàn)原理

volatile通過(guò)插入內(nèi)存屏障保證線程可見(jiàn)性和禁止重排序旅急。

volatile可見(jiàn)性實(shí)現(xiàn)原理

從JVM編譯器的字節(jié)碼角度來(lái)看：
volatile在JVM編譯時(shí)是采用“內(nèi)存屏障”來(lái)實(shí)現(xiàn)的逢勾。觀察加入volatile關(guān)鍵字和沒(méi)有加入volatile關(guān)鍵字時(shí)所生成的匯編代碼發(fā)現(xiàn)，加入volatile關(guān)鍵字時(shí)藐吮，會(huì)多出一個(gè)lock前綴指令溺拱。lock前綴指令其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)存屏障逃贝。內(nèi)存屏障是一組處理指令，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存操作的順序限制迫摔。

從操作系統(tǒng)角度看：
加了內(nèi)存屏障的字節(jié)碼在執(zhí)行時(shí)沐扳，操作系統(tǒng)解決了緩存一致性；
操作系統(tǒng)解決緩存一致性方案有兩種：
1句占、 通過(guò)在總線加LOCK的方式
2沪摄、通過(guò)緩存一致性協(xié)議
但是方案1存在一個(gè)問(wèn)題，它是采用一種獨(dú)占的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的纱烘，即總線加LOCK#鎖的話杨拐，只能有一個(gè)CPU能夠運(yùn)行，其他CPU都得阻塞擂啥，效率較為低下戏阅。 第二種方案，緩存一致性協(xié)議（MESI協(xié)議）它確保每個(gè)緩存中使用的共享變量的副本是一致的啤它。其核心思想如下：當(dāng)某個(gè)CPU在寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)奕筐，如果發(fā)現(xiàn)操作的變量是共享變量，則會(huì)通知其他CPU告知該變量的緩存行是無(wú)效的变骡，因此其他CPU在讀取該變量時(shí)离赫，發(fā)現(xiàn)其無(wú)效會(huì)重新從主存中加載數(shù)據(jù)。

volatile 禁止重排序?qū)崿F(xiàn)原理

從JVM編譯器的字節(jié)碼角度來(lái)看：
首先是插入內(nèi)存屏障塌碌；其次會(huì)禁止一些特定類(lèi)型的編譯器重排序渊胸；

從操作系統(tǒng)的角度看：
處理器重排序，是指令級(jí)并行的重排序√ㄗ保現(xiàn)代處理器采用了指令級(jí)并行技術(shù)來(lái)將多條指令重疊執(zhí)行翎猛。如果不存在數(shù)據(jù)依賴性，處理器可以改變語(yǔ)句對(duì)應(yīng)機(jī)器指令的執(zhí)行順序接剩；
針對(duì)處理器重排序切厘，編譯器在生成指令序列的時(shí)候會(huì)通過(guò)插入內(nèi)存屏障指令來(lái)禁止某些特殊的處理器重排序。

synchronize 實(shí)現(xiàn)原理

synchronize 比 volatile更重一些懊缺，映射到操作系統(tǒng)的底層原理基本一致疫稿，在JVM層級(jí)的實(shí)現(xiàn)會(huì)更復(fù)雜，synchronize的JVM實(shí)現(xiàn)做過(guò)很多優(yōu)化鹃两，不僅保證可見(jiàn)性遗座、有序性，還能保證代碼塊的原子性俊扳；

synchronize是通過(guò)java對(duì)象頭的Mark區(qū)來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)途蒋，分為無(wú)鎖、偏向鎖馋记、輕量級(jí)鎖（自旋）号坡、重量級(jí)鎖（系統(tǒng)調(diào)用）等狀態(tài)懊烤；

image.png

ObjectMonitor() {
    _count        = 0; //用來(lái)記錄該對(duì)象被線程獲取鎖的次數(shù)
    _waiters      = 0;
    _recursions   = 0; //鎖的重入次數(shù)
    _owner        = NULL; //指向持有ObjectMonitor對(duì)象的線程 
    _WaitSet      = NULL; //處于wait狀態(tài)的線程，會(huì)被加入到_WaitSet
    _WaitSetLock  = 0 ;
    _EntryList    = NULL ; //處于等待鎖block狀態(tài)的線程筋帖，會(huì)被加入到該列表
}

JMM實(shí)現(xiàn)了更友好的并發(fā)編程

總的來(lái)說(shuō)奸晴，在多線程開(kāi)發(fā)時(shí)需要從原子性冤馏，有序性日麸，可見(jiàn)性三個(gè)方面進(jìn)行考慮；

as-if-serial 與 happens-before

• as-if-serial語(yǔ)義保證單線程內(nèi)程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變逮光，happens-before關(guān)系保證正確同步的多線程程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變代箭。
• as-if-serial語(yǔ)義給編寫(xiě)單線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：?jiǎn)尉€程程序是按程序的順序來(lái)執(zhí)行的。
• happens-before關(guān)系給編寫(xiě)正確同步的多線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：正確同步的多線程程序是按happens-before指定的順序來(lái)執(zhí)行的涕刚。
• as-if-serial語(yǔ)義和happens-before這么做的目的嗡综，都是為了在不改變程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能地提高程序執(zhí)行的并行度杜漠。

站在JMM設(shè)計(jì)者的角度极景，在設(shè)計(jì)JMM時(shí)需要考慮兩個(gè)關(guān)鍵因素:

1、程序員對(duì)內(nèi)存模型的使用

• 程序員希望內(nèi)存模型易于理解驾茴、易于編程盼樟。
• 程序員希望基于一個(gè)強(qiáng)內(nèi)存模型來(lái)編寫(xiě)代碼。

2锈至、編譯器和處理器對(duì)內(nèi)存模型的實(shí)現(xiàn)

• 編譯器和處理器希望內(nèi)存模型對(duì)它們的束縛越少越好晨缴，這樣它們就可以做盡可能多的優(yōu)化來(lái)提高性能。
• 編譯器和處理器希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)弱內(nèi)存模型峡捡。

JMM其實(shí)是在遵循一個(gè)基本原則：只要不改變程序的執(zhí)行結(jié)果（指的是單線程程序和正確同步的多線程程序）击碗，編譯器和處理器怎么優(yōu)化都行。
例如们拙，如果編譯器經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析后稍途，認(rèn)定一個(gè)鎖只會(huì)被單個(gè)線程訪問(wèn)，那么這個(gè)鎖可以被消除砚婆。再如晰房，如果編譯器經(jīng)過(guò)細(xì)致的分析后，認(rèn)定一個(gè)volatile變量只會(huì)被單個(gè)線程訪問(wèn)射沟，那么編譯器可以把這個(gè)volatile變量當(dāng)作一個(gè)普通變量來(lái)對(duì)待殊者。這些優(yōu)化既不會(huì)改變程序的執(zhí)行結(jié)果，又能提高程序的執(zhí)行效率验夯。

image.png

一個(gè)happens-before規(guī)則對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)編譯器和處理器重排序規(guī)則猖吴。對(duì)于Java程序員來(lái)說(shuō)，happens-before規(guī)則簡(jiǎn)單易懂挥转，它避免Java程序員為了理解JMM提供的可見(jiàn)性保證而去學(xué)習(xí)復(fù)雜的重排序規(guī)則以及這些規(guī)則的具體實(shí)現(xiàn)方法.

參考資料

synchronize鎖升級(jí)