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JAVA 內存模型（一）
綜述：
簡單的說，Java的內存模型定義了在一個線程對一個共享變量進行修改後，修改後的共享變量什麼時候對其它線程可見。
作用：
- 對於程序員 JMM給程序員呈現出來的是具有順序一致性的強內存模型。(通俗點就是所見即所得）
- 對於處理器與編譯器 JMM給處理器與編譯器提供了一個比較弱的happens-before內存模型，這樣盡可能多的給處理器與編譯器優化代碼的空間。
處理器與編譯器的優化技術
- 編譯器優化的重排序。 編譯器在不改變單線程程序語義的前提下，可以對我們編寫的代碼進行重排。如下：
public class Test {
public static void main(String args []) {
int a = 1; // 1
int b = 2; // 2
// 在單線程語義下這個程序的輸出為 1
// 交換標注為 1,2 的兩行代碼不改變單線程程序語義
// 編譯器可以對這樣的代碼進行指令重排，以提高程序運行的性能
System.out.println(a);
}
}
public class Test {
public static void main(String args[ ]) {
int a = 0; // 1
a = 2; // 2
a = 3; // 3
// 在單線程語義下這個程序的輸出為3
// 如果標注為 2 ，3的代碼進行交換順序，那就改變了單線程語義，JMM
// 是禁止這種重排序的。
System.out.println(a);
}
}
2 . 處理器的指令級並行重排序
現代處理器采用了指令級並行技術，來對多條指令進行重排序。如果指令間不存在數據依賴（對同一個變量寫後讀，讀後寫，寫後寫），那處理器就可以改變指令間的執行順序。如下：
0x00007f31c9108ac0: mov %eax,-0x14000(%rsp)
0x00007f31c9108ac7: push %rbp
0x00007f31c9108ac8: sub $0x30,%rsp
0x00007f31c9108acc: movabs $0x7f31c8c00448,%rdi ; {metadata(method data for {method} {0x00007f31c8c00260} 'test' '()V' in 'testTwo')}
0x00007f31c9108ad6: mov 0xdc(%rdi),%ebx
// 假設以上5條匯編指令之間不存在數據依賴，如果處理器的流水線大於等於5，那麼，這5條匯編指令可以並行的進行計算。
3 . 內存係統的重排序
由於處理器使用緩存，這使得加載和存儲操作看上去是在亂序執行。如圖[1]：
intel i7 處理器是4核8線程，每個核心都有自己的L1, L2 緩存，當不同的核心緩存相同的共享變量，並寫回到L3 緩存時，就存在內存係統的重排序。
Happens-before 規則
綜述：happens-before 關係是由Lamport（1978）這位大神提出的。它的表述為： a -> b 讀作“a 在 b 之前發生”，意思是所有的進程（分布式係統中）/ 線（我們現在討論的JMM）一致認為事件 a 先於事件 b 發生：*注意：這裏的先發生實際上是一種可見性的表述，它並不代表在物理時間上事件a先於事件b發生，而是事件b在執行前要能看到事件a執行後的結果。*這就為處理器，與編譯器的重排提供了保證。
我們來看看JSR-133對JMM中happens-before規則的示例：
1. 程序順序規則：一個線程中的的每個操作，happens-before於該線程中的任意後續操作。
2. 監視器規則： 對一個鎖的解鎖，happens-before於隨後對這個鎖的加鎖。
3. volatile變量規則：對一個volatile域的寫，happens-before與任意後續對這個volatile域的讀。
4. 傳遞性： 如果 a -> b, b -> c, 則 a -> c.
5. 線程啟動 start() 規則：如果線程A 執行操作ThreadB.start()（啟動線程B）,那麼A線程的啟動線程的操作，happens-before於線程B中的任意操作。
6. join()規則： 如果線程A 執行ThreadB.join()並成功返回，那麼線程B中的任意操作,happens-before 於線程A 從ThreadB.join()操作成功返回。
順序一致性內存模型
綜述：順序一致性模型是一個被計算機科學家理想化了的理論參考模型，它為程序員提供了內存可見性的保證。
順序一致性的兩大特征：
1. 一個線程中所有操作必須按照程序的順序來執行
2.不管程序是否同步，所有線程都隻能看到一個單一的操作執行順序。在順序一致性內存模型中，每個操作都必須原子執行且對所有線程立即可見。
本博客是對《JAVA並發編程的藝術》方騰飛，魏鵬，程曉明 著。第三章的讀後感。
參考資料：[1] intel開發技術手冊卷3第2章
最後更新：2017-06-25 19:02:19