Java的內存模型

首先給出定義，Java內存模型（Java Memory Model ,JMM）是一種符合內存模型規範的，屏蔽了各類硬件和操做系統的訪問差別的，保證了Java程序在各類平臺下對內存的訪問都能保證效果一致的機制及規範。

在弄懂JMM以前，咱們要先了解下CPU和內存是如何交互的。

CPU和高速緩存以及內存(主存)的交互

從圖中能夠看出在多CPU的系統中，每一個CPU都有都有各自的高速緩存，通常分爲L1、L2、L3緩存，由於這些緩存的存在，提供了數據的訪問性能，也減輕了數據總線上數據傳輸的壓力，而主內存卻只有一個 。CPU要讀取一個數據時，首先從一級緩存中查找，若是沒有找到再從二級緩存中查找，若是仍是沒有就從三級緩存或內存中查找，每一個CPU有且只有一套本身的緩存。

可是問題也就來了，若是兩個CPU同時去操做同一個內存地址，會發生什麼？也就是說，如何保證多個處理器運算涉及到同一個內存區域時，多線程場景下的緩存一致性問題？運行時如何保證數據一致性？那就是內存屏障(Memory Barrier)。

內存屏障

CPU中的高速緩存提升了數據訪問性能，避免每次都向內存索取，可是不能實時的和內存發生信息交換。在不一樣CPU執行的不一樣線程對同一個變量的緩存值多是不一樣的，由此就出現了內存屏障，硬件層的內存屏障分爲兩種：Load Barrier 和 Store Barrier即讀屏障和寫屏障。

內存屏障的做用主要有兩點：

• 阻止屏障兩側指令重排序
• 強制把寫緩衝區/高速緩存中的髒數據等寫回主內存，讓緩存中相應的數據失效。

之因此扯了那麼多計算機內存模型，是由於Java內存模型的設定符合了計算機的規範。

實際上，JMM是JVM的一種規範，定義了JVM的內存模型。它屏蔽了各類硬件和操做系統的訪問差別，不像C那樣直接訪問硬件內存，相對安全不少。它的主要目的是解決因爲多線程經過共享內存進行通訊時，存在的本地內存數據不一致、編譯器會對代碼指令重排序、處理器會對代碼亂序執行等帶來的問題。能夠保證併發編程場景中的原子性、可見性和有序性。

Java內存模型的應用

Java中的幾個關鍵字：volatile、final、synchronized，能夠幫助程序員把代碼中的併發需求描述給編譯器。Java內存模型中定義了它們的行爲，以確保正確同步的Java代碼在全部的處理器架構上都能正確執行。

volatile

在Java中，volatile關鍵字能夠解決上面的問題，Java屏蔽掉這些差別，經過JVM生成內存屏障的指令。

當咱們聲明某個變量爲volatile修飾時，這個變量就有了線程可見性，volatile會在讀寫操做先後添加內存屏障。volatile字段的每次讀行爲都能看到其它線程最後一次對該字段的寫行爲，經過它就能夠避免拿到緩存中陳舊數據。它們必須保證在被寫入以後，會被刷新到主內存中，這樣就能夠當即對其它線程能夠見。

final

若是一個類包含final字段，且在構造函數中初始化，那麼正確的構造一個對象後，final字段被設置後對於其它線程是可見的。

注意這裏所說的正確構造對象，意思是在對象的構造過程當中，不容許對該對象進行引用，否則的話，可能存在其它線程在對象還沒構造完成時就對該對象進行訪問，形成其餘的問題。

synchronized

對於一個被synchronized修飾的monitor對象，只可以被一個線程持有，意味着一旦有線程進入了同步代碼塊，那麼其它線程就不能進入，直到第一個進入的線程退出代碼塊。

在一個線程退出同步塊時，線程釋放monitor對象，它的做用是把CPU緩存數據（本地緩存數據）刷新到主內存中，從而實現該線程的行爲能夠被其它線程看到。在其它線程進入到該代碼塊時，須要得到monitor對象，它在做用是使CPU緩存失效，從而使變量從主內存中從新加載，而後就能夠看到以前線程對該變量的修改。

但從緩存的角度看，這個問題只會影響多處理器的機器，對於單核來講沒什麼問題，可是它還有一個語義是禁止指令的重排序，對於編譯器來講，同步塊中的代碼不會移動到獲取和釋放monitor的外面。

總結

JMM是JVM的一種規範，定義了JVM的內存模型。它的主要目的是解決因爲多線程經過共享內存進行通訊時，存在的本地內存數據不一致、編譯器會對代碼指令重排序、處理器會對代碼亂序執行等帶來的問題。能夠保證併發編程場景中的原子性、可見性和有序性。

在Java中，volatile、final、synchronized這三個關鍵字是對與內存模型的具體實現。

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