Java內存模型（JMM）

Java內存模型（JMM）

1. 計算機內存系統

計算機在執行程序時，每條指令都是在CPU中執行的，而執行指令過程當中，勢必會涉及到數據的讀取和寫入。

因爲在程序運行過程當中，臨時數據是存放在主存（物理內存）中的，這時就存在一個問題，因爲CPU執行指令的速度很快，而從內存讀取和寫入數據的過程與其相比速度要慢得多，所以若是任什麼時候候對數據的操做都要經過和內存的交互來進行，會大大下降指令執行的速度。

所以CPU中就有了高速緩存。當程序在運行過程當中，會將運算須要的數據從主存複製一份到CPU的高速緩存中，當CPU進行計算時就能夠直接從它的高速緩存中讀取和寫入數據，運算結束以後，再將高速緩存中的數據刷新到主存當中去。

2. JMM內存模型

在Java虛擬機規範中試圖定義一種Java內存模型（Java Memory Model,JMM）來屏蔽各個硬件平臺和操做系統的內存訪問差別，以實現讓Java程序在各類平臺下都能達到一致的內存訪問效果。

JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係：線程之間的共享變量存儲在主內存（Main Memory）中，每一個線程都有一個私有的本地內存（Local Memory），本地內存中存儲了該線程讀/寫共享變量的副本。

若是線程A與線程B之間要通訊的話，必需要經歷下面2個步驟。

• 線程A把本地內存A中更新過的共享變量刷新到主內存中去。
• 線程B到主內存中去讀取線程A以前已更新過的共享變量。

3. JMM內存模型三大特性

原子性：一個操做或多個操做，要麼所有執行而且執行過程當中不會被任何因素打斷，要麼就不執行。

• 對於基本數據類型變量的原子性操做由JUC包原子類中的AtomicInteger等來實現；
• 對於更大範圍操做的原子性，使用 synchronized和Lock 來實現。

可見性：指當多個線程訪問同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其餘線程可以當即看獲得修改的值

• volatile：當一個共享變量被volatile修飾時，它會保證修改的值會當即被更新到主存，當有其餘線程須要讀取時，它會去內存中讀取新值。
• synchronized和Lock：保證同一時刻只有一個線程獲取鎖而後執行同步代碼，而且在釋放鎖以前會將對變量的修改刷新到主存當中，所以能夠保證可見性。
• final：被 final 關鍵字修飾的字段一旦初始化完成，而且沒有發生 this 逃逸（其它線程經過 this 引用訪問到初始化了一半的對象），也能保證對其餘線程的可見性。

有序性：程序執行的順序按照代碼的前後順序執行。

• 指令重排序：通常來講，處理器爲了提升程序運行效率，可能會對輸入代碼進行優化，它不保證程序中各個語句的執行前後順序同代碼中的順序一致，可是它會保證程序最終執行結果和代碼順序執行的結果是一致的（順序不一致，但結果一致）。重排序過程不會影響到單線程程序的執行，卻會影響到多線程併發執行的正確性。

  源代碼 -> 編譯器優化的重排 -> 指令並行的重排 -> 內存系統的重排 ->最終執行的指令

• 保證有序性的方法：

  • volatile關鍵字；
  • 經過synchronized和Lock來保證有序性，其能夠保證每一個時刻是有一個線程執行同步代碼，至關因而讓線程順序執行同步代碼，天然也就保證了有序性；
  • Java內存模型具有一些先天的「有序性」，即不須要經過任何手段就可以獲得保證的有序性，一般稱爲happens-before原則。在JMM中，若是一個操做執行的結果須要對另外一個操做可見，那麼這兩個操做之間必需要存在happens-before關係。這兩個操做既能夠在一個線程以內，也能夠在不一樣線程之間。happens-before的一些重要規則：
    • 程序順序規則：一個線程內，按照代碼順序，書寫在前的操做線性發生於先行在後的操做；
    • 監視器鎖規則：一個unlock操做先行發生於後面對同一個鎖的lock操做；
    • volatile變量規則：對一個變量的寫操做先行發生於後面對這個變量的讀操做；
    • 傳遞性：若操做A先行發生於B，而操做B又先行發生於C，則能夠得出操做A先行發生於C。