Java 內存模型和硬件內存架構筆記

前言

可跟《主存存取和磁盤存取原理筆記》串着看

http://www.javashuo.com/article/p-ezyduzdz-w.html

雜技

Java 內存模型(堆棧)

Jvm 內部，Java 內存模型把內存分紅了兩個部分：線程棧區和堆區：

棧區包含：線程執行信息(線程棧)，本地原始類型變量(boolean,byte, short, int, long, float, double)
堆區包含：Java 應用建立的全部對象信息，基礎類型的封裝類

1. 一個本地變量若是是原始類型，存儲棧中
2. 一個本地變量是一個對象的引用，那麼這個本地引用存儲棧，對象自己存儲堆中
3. 一個對象的成員方法，存儲棧中，方法中包含的原始類型變量，存儲堆中
4. 一個對象的成員變量，不管是原始類型仍是包裝類型，都存儲堆中
5. 堆中數據可被多個線程共享，對於原始類型變量，每一個線程都會拷貝一份

硬件內存架構

無論什麼內存模型，最終仍是運行在計算機硬件上，所以有必要了解計算機硬件的內存架構

1. 如今計算機通常都有2個以上cpu, 每一個cpu還有多個核心，線程會在各個cpu核心中並行運行
2. CPU 內部會有一組CPU 寄存器、CPU 緩存(一級，二級，三級緩存)，RAM主存
3. 存儲速度： CPU 寄存器 > CPU 緩存(一級> 二級> 三級) > RAM
4. 存儲大小 CPU 寄存器(64 bit) < CPU 緩存[一級(64k)> 二級(256k)> 三級(8MB)] < RAM(4G)

線程間的競爭現象

1. 存在 count 爲1, 兩個線程都在緩存中保存一份備份
2. 兩個線程分別改變 count 的值，存在寫緩存，顧緩存和 RAM的值存在誤差
3. 當寫緩存的數據 flush 到 RAM 就發生衝突了

內存屏障(Memory Barrier):

1. 內存屏障，又稱內存柵欄，是一個CPU 指令
2. 保證特定操做的執行順序。編譯器和CPU會重排序指令，爲了優化，插入內存屏障指令會讓CPU不把這條指令重排序。
3. 影響某些數據(或某條指令的執行結果)的內存可見性。強制刷新各類CPU cache, 寫緩存的數據直接寫入RAM，讀緩存從新讀取數據

內存屏障和 Java 有什麼關係？

volatile 是基於 Memory Barrier 實現的。

這意味着，若是寫入一個 volatile 變量a,能夠保證：

1. 一個線程寫入變量a 後，任何線程訪問該變量都會拿到最新值
2. 因爲會刷新 Cache中全部先前寫入，所以寫入變量a以前的寫入操做，其更新的數據對於其它線程也是可見的