從萌新的角度理解java內存模型

一丶工做內存和主內存

java內存模型，簡稱JMM(Java Memory Model)，我的對於JMM理解是：JVM屏蔽了操做系統對於物理內存訪問的複雜性，目的從軟件設計角度呈現出的一種內存訪問的邏輯視圖。也就是JMM是JVM爲軟件工程師提供的一系列內存訪問的邏輯規則，理解併合理使用這些規則就能正確訪問內存，至於底層和物理內存直接交互動做已經被透明化了，無須關心。下圖是JMM內存模型視圖，是內存訪問規則的基礎。

• 主內存: 主內存是線程公有的，是全部線程都能訪問的內存區域，通常對應於java內存佈局中的堆區。
• 工做內存 工做內存是線程私有的。通常對應於JVM虛擬機棧，以及本地方法棧
• 工做內存和主內存之分

從邏輯上看，若是沒有主內存和工做內存的區分，只有一整塊的內存，彷佛也並沒有不妥。那麼區分主內存和工做內存的意義何在？

上圖是耳熟能詳的馮諾依曼體系結構，現代計算機是基於馮諾依曼體系上發展起來的。該體系有兩個關鍵的組成就是 存儲器和CPU（運算器和控制器） 。 其中存儲器則是咱們所討論的物理內存。 CPU和內存之間的IO操做是存在瓶頸的，內存的操做速度遠遠小於CPU的運算速度。在CPU和內存協同工做的場景中，CPU以較短的時間完成數值計算後，須要花較長的時間等待內存讀取操做，形成了CPU運算資源的浪費。 因而，位於CPU和內存之間的高速緩存應運而生。

在引入了高速緩存以後，CPU會將運算所須要的數據一次性的加載到高速緩存中，高速緩衝具有比內存更快的存取速度。CPU和高速緩存之間配合大大提升了CPU資源的利用率。 此時在看工做內存和主內存關係，從邏輯上，高速緩存對應工做內存，每一個線程分配到CPU時間片時，獨自享有高速緩存的使用能力。主內存對應存儲的物理內存。特別注意，這只是邏輯上的對等關係，物理的上具體對應關係十分複雜，這裏不討論。

二丶工做內存和主內存之間的交互規則

工做內存和主內存之間協同工做纔是JMM的核心部分。從上文描述中能夠知道，工做內存是主內存部份內容的拷貝，在多線程環境中，可能存在多份主內存的拷貝。CPU是直接操做工做內存，最後將工做內存同步到主內存，這個過程會形成各個工做內存具有不一致性。爲了在多線程環境下能實現工做內存中一致性，JMM定義了工做內存和主內存之間的交互操做，總共有8個原子性的交互操做

• lock 鎖操做，若是線程對內存中某個變量進行了lock，在同一時間將禁止其餘全部線程對主內存中該變量進行讀取操做。線程對應的工做內存和主內存之間禁止交互。
• unlock unlock 操做在lock操做以後執行。這是釋放鎖操做，將放開線程對工做內存中變量的讀取操做。放開線程對應的工做內存和主內存之間的交互。lock操做和unlock操做是成對出現的，執行多少次lock操做，就要執行相應次數的unlock操做才能徹底釋放。
• load load操做，是指將主內存中某個變量的值加載到工做內存中，能夠當作一次內存轉移操做。
• read read操做和load操做成對出現，邏輯上出如今load操做以後，該操做將轉移到工做內存中的變量值具體複製給某個變量。read可當作是發生在工做內存之中的變量初始化操做，load是工做內存和主內存之間的拷貝工做，二者配合完成一次變量讀取操做。
• use CPU使用工做內存中變量須要執行use操做，是定義在工做內存中的一種操做
• assign 賦值操做，顯而意見，若是發生變量賦值操做，將執行該原子原子操做，是定義在工做內存中的操做。
• store 該操做和load操做是對應的操做，完成工做內存中內容向主內存中內容的轉移。
• write writer操做邏輯上發生在store操做以後，完成對主內容變量的回寫。store操做和write操做是load和read操做的對稱操做。 JVM定義的上述八種操做均是原子的，是最小操做單位，不可分割。 除此以外，上述八個操做並非孤立的，而是相互聯繫的，它們之間的操做必須符合下述規則:

(1) 對主內存中某個變量執行lock操做，將會清空工做內存中該變量值。對變量執行unlock操做以前，必須將其同步到主內存中(store,write)。

(2)工做內存中的變量如未通過assgin操做，那麼不容許同步到主內存中。

(3)load和read操做必須順序執行，但不必定須要連續執行。store和write操做也必須順序執行，但不必定須要連續執行。上述兩對操做必須造成閉環，不能只有load操做而沒有read操做。 上述的八個原子操做和相應的交互規則就是JVM對內存的訪問規則，掌握和理解這些規則對開發正確的多線程程序十分重要