划重点必考-JMM-内存模型

JVM的内存模型(JMM)

JVM中定义了自己的内存结构模型。JVM作为java程序一次编写到处运行的载体，为了兼容不同系统不同环境带来的内存的差异，规范制定了自己的内存操作实现，以实现不同平台下一致的并发效果。

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在多线程的运行环境下，存在多个线程操作共享变量的情况，而JMM会为每个线程从主存中同步一份数据到线程栈，但是线程操作完自己的工作内存的变量，并不会马上同步到主存中，这就会带来多线程安全问题。

JMM的由来

硬件上内存与cpu的处理速度是有很大差异的，为了解决这种差异而引入了cpu高速缓存的设计。然而带来的问题是，多核cpu间缓存一致性问题。即在多线程环境下每个cpu缓存的值可能处在不一致的问题，导致线程操作出现问题。为了解决缓存一致性问题而引入了MESI协议。通过给缓存数据标记状态的形式，通过cpu嗅探机制实现数据的同步。由于硬件层面的升级带来的问题，无法改变硬件只能在软件上设计去解决，于是有了内存模型。
JMM的抽象类实于cpu高速缓存的设计。JMM中所有的共享变量都保存在主内存中，线程执行时从主内存拷贝副本到工作内存，对变量的修改从工作内存同步到主内存，实现线程间数据的通信。为了保证缓存的一致性，可以通过volatile、synchronized等关键字实现。

JMM的规定

• 线程从主内存中拷贝共享变量到工作内存
• 线程的所有操作都在工作内存中进行，而不是直接操作主内存
• 不同的线程间无法直接操作其他线程的工作内存数据
• 线程间数据的同步需要通过主内存进行

线程间的通信模型为

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JMM中定义了8种操作

• read：把一个变量的值从主内存传输到工作内存中
• load：在 read 之后执行，把 read 得到的值放入工作内存的变量副本中
• use：把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎
• assign：把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量
• store：把工作内存的一个变量的值传送到主内存中
• write：在 store 之后执行，把 store 得到的值放入主内存的变量中
• lock：作用于主内存的变量，把一个变量标识为一条线程独占状态
• unlock：作用于主内存变量，把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定

JMM如何解决问题

• 原子性：保证一系列操作要么全部完成，要么全部失败

JMM解决原子性问题，可以通过synchronized关键字实现。底层通过monitorenter和monitorexit命令实现。

• 可见性：共享变量的修改对其他线程可见

volatile关键字可以保证对共享变量的修改，能够马上刷新到主内存，其他线程操作共享变量必须重新从主内存获取副本。当然synchronized，final等也能实现可见性。

• 有序性：保证程序执行的顺序按要求执行

实现禁止指令重排序可以通过volatile添加内存屏障、happen-before原则、synchronized加锁实现单线程处理。