Java 内存模型和硬件内存架构笔记

前言

可跟《主存存取和磁盘存取原理笔记》串着看

https://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/52611310

杂技

Java 内存模型(堆栈)

Jvm 内部，Java 内存模型把内存分成了两个部分：线程栈区和堆区：

栈区包含：线程执行信息(线程栈)，本地原始类型变量(boolean,byte, short, int, long, float, double)
堆区包含：Java 应用创建的所有对象信息，基础类型的封装类

1. 一个本地变量如果是原始类型，存储栈中
2. 一个本地变量是一个对象的引用，那么这个本地引用存储栈，对象本身存储堆中
3. 一个对象的成员方法，存储栈中，方法中包含的原始类型变量，存储堆中
4. 一个对象的成员变量，无论是原始类型还是包装类型，都存储堆中
5. 堆中数据可被多个线程共享，对于原始类型变量，每个线程都会拷贝一份

硬件内存架构

不管什么内存模型，最终还是运行在计算机硬件上，因此有必要了解计算机硬件的内存架构

1. 现在计算机一般都有2个以上cpu, 每个cpu还有多个核心，线程会在各个cpu核心中并行运行
2. CPU 内部会有一组CPU 寄存器、CPU 缓存(一级，二级，三级缓存)，RAM主存
3. 存储速度： CPU 寄存器 > CPU 缓存(一级> 二级> 三级) > RAM
4. 存储大小 CPU 寄存器(64 bit) < CPU 缓存[一级(64k)> 二级(256k)> 三级(8MB)] < RAM(4G)

线程间的竞争现象

1. 存在 count 为1, 两个线程都在缓存中保存一份备份
2. 两个线程分别改变 count 的值，存在写缓存，顾缓存和 RAM的值存在偏差
3. 当写缓存的数据 flush 到 RAM 就发生冲突了

内存屏障(Memory Barrier):

1. 内存屏障，又称内存栅栏，是一个CPU 指令
2. 保证特定操作的执行顺序。编译器和CPU会重排序指令，为了优化，插入内存屏障指令会让CPU不把这条指令重排序。
3. 影响某些数据(或某条指令的执行结果)的内存可见性。强制刷新各种CPU cache, 写缓存的数据直接写入RAM，读缓存重新读取数据

内存屏障和 Java 有什么关系？

volatile 是基于 Memory Barrier 实现的。

这意味着，如果写入一个 volatile 变量a,可以保证：

1. 一个线程写入变量a 后，任何线程访问该变量都会拿到最新值
2. 由于会刷新 Cache中所有先前写入，因此写入变量a之前的写入操作，其更新的数据对于其它线程也是可见的