从萌新的角度理解java内存模型

一丶工作内存和主内存

java内存模型，简称JMM(Java Memory Model)，个人对于JMM理解是：JVM屏蔽了操作系统对于物理内存访问的复杂性，目的从软件设计角度呈现出的一种内存访问的逻辑视图。也就是JMM是JVM为软件工程师提供的一系列内存访问的逻辑规则，理解并合理使用这些规则就能正确访问内存，至于底层和物理内存直接交互动作已经被透明化了，无须关心。下图是JMM内存模型视图，是内存访问规则的基础。

JMM视图

• 主内存:
  主内存是线程公有的，是所有线程都能访问的内存区域，一般对应于java内存布局中的堆区。
• 工作内存
  工作内存是线程私有的。一般对应于JVM虚拟机栈，以及本地方法栈
• 工作内存和主内存之分
  从逻辑上看，如果没有主内存和工作内存的区分，只有一整块的内存，似乎也并无不妥。那么区分主内存和工作内存的意义何在？ 冯诺依曼的计算机体系结构 上图是耳熟能详的冯诺依曼体系结构，现代计算机是基于冯诺依曼体系上发展起来的。该体系有两个关键的组成就是存储器和CPU（运算器和控制器）。其中存储器则是我们所讨论的物理内存。CPU和内存之间的IO操作是存在瓶颈的，内存的操作速度远远小于CPU的运算速度。在CPU和内存协同工作的场景中，CPU以较短的时间完成数值计算后，需要花较长的时间等待内存读取操作，造成了CPU运算资源的浪费。于是，位于CPU和内存之间的高速缓存应运而生。
  CPU，高速缓存，内存之间关系 在引入了高速缓存之后，CPU会将运算所需要的数据一次性的加载到高速缓存中，高速缓冲具备比内存更快的存取速度。CPU和高速缓存之间配合大大提高了CPU资源的利用率。此时在看工作内存和主内存关系，从逻辑上，高速缓存对应工作内存，每个线程分配到CPU时间片时，独自享有高速缓存的使用能力。主内存对应存储的物理内存。特别注意，这只是逻辑上的对等关系，物理的上具体对应关系十分复杂，这里不讨论。

二丶工作内存和主内存之间的交互规则

工作内存和主内存之间协同工作才是JMM的核心部分。从上文描述中可以知道，工作内存是主内存部分内容的拷贝，在多线程环境中，可能存在多份主内存的拷贝。CPU是直接操作工作内存，最后将工作内存同步到主内存，这个过程会造成各个工作内存具备不一致性。为了在多线程环境下能实现工作内存中一致性，JMM定义了工作内存和主内存之间的交互操作，总共有8个原子性的交互操作

• lock
  锁操作，如果线程对内存中某个变量进行了lock，在同一时间将禁止其他所有线程对主内存中该变量进行读取操作。线程对应的工作内存和主内存之间禁止交互。
• unlock
  unlock 操作在lock操作之后执行。这是释放锁操作，将放开线程对工作内存中变量的读取操作。放开线程对应的工作内存和主内存之间的交互。lock操作和unlock操作是成对出现的，执行多少次lock操作，就要执行相应次数的unlock操作才能完全释放。
• load
  load操作，是指将主内存中某个变量的值加载到工作内存中，可以看成一次内存转移操作。
• read
  read操作和load操作成对出现，逻辑上出现在load操作之后，该操作将转移到工作内存中的变量值具体复制给某个变量。read可看成是发生在工作内存之中的变量初始化操作，load是工作内存和主内存之间的拷贝工作，两者配合完成一次变量读取操作。
• use
  CPU使用工作内存中变量需要执行use操作，是定义在工作内存中的一种操作
• assign
  赋值操作，显而意见，如果发生变量赋值操作，将执行该原子原子操作，是定义在工作内存中的操作。
• store
  该操作和load操作是对应的操作，完成工作内存中内容向主内存中内容的转移。
• write
  writer操作逻辑上发生在store操作之后，完成对主内容变量的回写。store操作和write操作是load和read操作的对称操作。
  JVM定义的上述八种操作均是原子的，是最小操作单位，不可分割。除此之外，上述八个操作并不是孤立的，而是相互联系的，它们之间的操作必须符合下述规则:
  (1) 对主内存中某个变量执行lock操作，将会清空工作内存中该变量值。对变量执行unlock操作之前，必须将其同步到主内存中(store,write)。
  (2)工作内存中的变量如未经过assgin操作，那么不允许同步到主内存中。
  (3)load和read操作必须顺序执行，但不一定需要连续执行。store和write操作也必须顺序执行，但不一定需要连续执行。上述两对操作必须形成闭环，不能只有load操作而没有read操作。
  上述的八个原子操作和相应的交互规则就是JVM对内存的访问规则，掌握和理解这些规则对开发正确的多线程程序十分重要