JMM（Java内存模型）笔记

JMM介绍
1.什么是JMM？
2.JMM的三大特性：
1.原子性
2.可见性
3.有序性
3.关于同步的规定：
4.解释说明
JMM中的八种操作：
1.什么是JMM？
​ JMM 是Java内存模型（ Java Memory Model），简称JMM。它本身只是一个抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一种规则或规范，是和多线程相关的一组规范。通过这组规范，定义了程序中对各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。需要每个JVM 的实现都要遵守这样的规范，有了JMM规范的保障，并发程序运行在不同的虚拟机上时，得到的程序结果才是安全可靠可信赖的。如果没有JMM 内存模型来规范，就可能会出现，经过不同 JVM 翻译之后，运行的结果不相同也不正确的情况。

​ 计算机在执行程序时，每条指令都是在CPU中执行的。而执行指令的过程中，势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存（物理内存）当中的，这时就存在一个问题，由于CPU执行速度很快，而从内存读取数据和向内存写入数据的过程，跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多（硬盘 < 内存 <缓存cache < CPU）。因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行，会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。也就是当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时，就可以直接从它的高速缓存中读取数据或向其写入数据了。当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。

JMM 抽象出主存储器（Main Memory）和工作存储器（Working Memory）两种。
·主存储器是实例对象所在的区域，所有的实例都存在于主存储器内。比如，实例所拥有的字段即位于主存储器内，主存储器是所有的线程所共享的。
·工作存储器是线程所拥有的作业区，每个线程都有其专用的工作存储器。工作存储器存有主存储器中必要部分的拷贝，称之为工作拷贝（Working Copy）。
所以，线程无法直接对主内存进行操作，此外，线程A想要和线程B通信，只能通过主存进行。

2.JMM的三大特性：
JMM的三大特性：原子性、可见性、有序性。

1.原子性
一个或多个操作，要么全部执行，要么全部不执行（执行的过程中是不会被任何因素打断的）。

2.可见性
只要有一个线程对共享变量的值做了修改，其他线程都将马上收到通知，立即获得最新值。

3.有序性
​ 有序性可以总结为：在本线程内观察，所有的操作都是有序的；而在一个线程内观察另一个线程，所有操作都是无序的。前半句指 as-if-serial 语义：线程内似表现为串行，后半句是指：“指令重排序现象”和“工作内存与主内存同步延迟现象”。处理器为了提高程序的运行效率，提高并行效率，可能会对代码进行优化。编译器认为，重排序后的代码执行效率更优。这样一来，代码的执行顺序就未必是编写代码时候的顺序了，在多线程的情况下就可能会出错。

​ 在代码顺序结构中，我们可以直观的指定代码的执行顺序, 即从上到下按序执行。但编译器和CPU处理器会根据自己的决策，对代码的执行顺序进行重新排序，优化指令的执行顺序，提升程序的性能和执行速度，使语句执行顺序发生改变，出现重排序，但最终结果看起来没什么变化（在单线程情况下）。

​ 有序性问题 指的是在多线程的环境下，由于执行语句重排序后，重排序的这一部分没有一起执行完，就切换到了其它线程，导致计算结果与预期不符的问题。这就是编译器的编译优化给并发编程带来的程序有序性问题。

Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性，volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义，synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的，此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行进入。

3.关于同步的规定：
1.线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存。

2.线程加锁前，必须将主内存的最新值读取到自己的工作内存。

3.加锁解锁是同一把锁。

4.解释说明
​ 在JVM中，栈负责运行（主要是方法），堆负责存储（比如new的对象）。由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程在创建时，JVM都会为其创建一个工作内存（有些地方称为栈空间），工作内存是每个线程的私有数据区域。而JAVA内存模型中规定，所有变量都存储在主内存中，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问。

​ 但线程对变量的操作（读取赋值等）必须在自己的工作内存中进行。首先要将变量从主内存拷贝到自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后，再将变量写回到主内存。由于不能直接操作主内存中的变量，各个线程的工作内存中存储着主内存中的变量副本，因此，不同的线程之间无法直接访问对方的工作内存，线程间的通信（传值）必须通过主内存来完成。

JMM中的八种操作：
为了支持 JMM，Java 定义了8种原子操作，用来控制主存与工作内存之间的交互：

·read 读取：作用于主内存，将共享变量从主内存传送到线程的工作内存中。
·load 载入：作用于工作内存，把 read 读取的值放到工作内存中的副本变量中。
·store 存储：作用于工作内存，把工作内存中的变量传送到主内存中。
·write 写入：作用于主内存，把从工作内存中 store 传送过来的值写到主内存的变量中。
·use 使用：作用于工作内存，把工作内存的值传递给执行引擎，当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时，就会执行这个动作。
·assign 赋值：作用于工作内存，把执行引擎获取到的值赋值给工作内存中的变量，当虚拟机栈遇到给变量赋值的指令时，就执行此操作。
·lock锁定： 作用于主内存，把变量标记为线程独占状态。
·unlock解锁： 作用于主内存，它将释放独占状态。
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