java多线程（八）JMM和底层实现原理

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线程之间的通信
1. 线程的通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在编程中，线程之间的通信机制有两种，共享内存和消息传递。
2. 在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信，典型的共享内存通信方式就是通过共享对象进行通信
3. 在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过明确的发送消息来显示进行通信，在java中典型的消息传递方式就是wait()和Notify()
线程之间的同步
1. 同步是指程序用于控制不同线程之间操作发生相对顺序的机制
2. 在共享内存并发模型里，同步是显示进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行
3. 在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前，因此同步是隐式进行的。
java内存中的共享
java内存中的重排序
1. 编译器优化重排序
2. 指令集并行重排序
3. 内存系统重排序
重排序与依赖性
1. 数据依赖性
2. 控制依赖性
3. as-if-serial
解决并发下的问题
1. 内存屏障：a,禁止重排序，b,强制刷出Cache
  四种屏障类型：
  1> LoadLoadBarriers ：Load1.LoadLoad.Load2.Load2
  2> StoreStoreBarriers ：Store1.StoreStore.Store2
  3> LoadStoreBarriers : Load1.StoreStore.Store2
  4> StoreLoadBarriers ：Store1.StoreStore.Load2
2. 临界区（锁）
Happens-before
1. 用Happens-before的概念来阐述操作之间的内存可见性。在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系。
2. 两个操作之间具有happens-before关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！happens-before仅仅要求前一个操作执行的结果对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二个操作之前
3. Happens-before规则。无需任何同步手段就可以保证的：
  1> 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作
  2> 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁
  3> volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读
  4> 传递性：如果A happens-before B，且 B happens-before C，那么A happens-before C
  5> start()规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()，那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作
  6> join()规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作Happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回
  7> 线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用happens-before于被中断线程的代码检测到中断操作的发生
volatile的内存语义：
1. 可以把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个锁对这个变量单个读/写操作做了同步
2. volatile写的内存语义：当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存中的所有共享变量值刷新到主内存
3. 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量
4. JMM对volatile的内存屏障插入策略
  1> 在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障，在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障
  2> 在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障，在每个读操作的后面插入一个LoadStore屏障
锁的内存语义
1. 当线程释放锁时，JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中
2. 当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。从而使得被监视保护的临界区代码必须从主内存中读取共享变量
final的内存语义
1. 重排序规则
  1> 在构造函数内对一个final域的写入，与随后把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序
  2> 初次读一个包含final的对象的引用，与随后初次读这个final域，这两个操作之间不能重排序
  3> final域为引用类型增加如下规则：在构造函数内对一个final引用的对象的成员域的写入，与随后在构造函数外把这个被构造对象的引用赋值给一个引用变量，这两个操作之间不能重排序
2. final语义在处理器中的实现
  1> 会要求编译器在final域的写之后，构造函数return之前插入一个StoreStore屏障
  2> 读final域的重排序要求编译器在读final域的操作前面插入一个LoadLoad屏障
volatile的实现原理
1. 有volatile变量修饰的共享变量进行写操作的时候会使用CPU提供的LOCK前缀指令
2. 将当前处理器缓存的数据写回到系统内存
3. 这个写回内存的操作会使在其他CPU里缓存了该内存地址的数据无效
Synchronized的实现原理
1. 使用monitorenter和monitorexit指令实现的
  1> monitorenter指令是在编译后插入到同步代码块的开始位置，而monitorexit是插入到方法结束处和异常处
  2> 每个monitoryenter必须有对应的monitorexit与之配对
  3> 任何对象都有一个monitor与之关联，当且一个monitor被持有后，它将处于锁定状态
2. 了解各种锁状态（级别从低到高）
  1> 无锁状态
  2> 偏向锁状态：大多数情况下，锁不仅不存在多线程竞争，而且总是由同一线程多次获得，为了让线程获得所的代价更低而引入了偏向锁。无竞争时不需要进行CAS操作来加锁和解锁
  3> 轻量级锁状态：通过CAS操作来加锁和解锁
  4> 重量级锁状态
自旋锁：通过循环CAS操作拿到锁，是拿锁的一种方式

java多线程（八）JMM和底层实现原理

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