Java虚拟机之内存模型

一.java并发基础

在并发编程中存在两个关键问题①线程之间如何通信 ②线程之间如何同步。

通信

通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在命令式编程中，线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。

在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信。

在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信。

同步

同步是指程序用于控制不同线程之间操作发生相对顺序的机制。

在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥访问。

在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前， 因此同步是隐式进行的。

Java并发采用的是共享内存模型，通信隐式进行；同步显示指定。

二.内存模型

Java内存模型JMM（Java Memory Model）主要目标是定义程序中各个变量(非线程私有)的访问规则，即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存取出变量这样的底层细节。Java中每个线程都有自己私有的工作内存。工作内存保存了被该线程使用的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的读写操作都必须在工作内存进行，无法直接读写主内存中的变量。两个线程无法直接访问对方的工作内存。

• 每一个线程有一个工作内存和主存独立
• 工作内存存放主存中变量的值的拷贝

（1）当数据从主内存复制到工作存储时，必须出现两个动作：第一，由主内存执行的读（read）操作；第二，由工作内存执行的相应的load操作；当数据从工作内存拷贝到主内存时，也出现两个操作：第一个，由工作内存执行的存储（store）操作；第二，由主内存执行的相应的写（write）操作。
（2） 每一个操作都是原子的，即执行期间不会被中断。
（3）对于普通变量，一个线程中更新的值，不能马上反应在其他变量中，如果需要在其他线程中立即可见，需要使用 volatile 关键字

内存模型的抽象：

在 Java 中，所有实例域、静态域 和数组元素存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量、方法定义参数 和 异常处理器参数 不会在线程之间共享，它们不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。Java 线程之间的通信由 Java 内存模型（JMM）控制。JMM 决定了一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM 定义了线程与主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每一个线程都有一个自己私有的本地内存，本地内存中存储了该变量以读／写共享变量的副本。本地内存是 JMM 的一个抽象概念，并不真实存在。

JMM抽象示意图如下：

从上图来看，如果线程 A 和线程 B 要通信的话，要如下两个步骤：

1、线程 A 需要将本地内存 A 中的共享变量副本刷新到主内存去

2、线程 B 去主内存读取线程 A 之前已更新过的共享变量

步骤示意图：

举个例子：

本地内存 A 和 B 有主内存共享变量 X 的副本。假设一开始时，这三个内存中 X 的值都是 0。线程 A 正执行时，把更新后的 X 值（假设为 1）临时存放在自己的本地内存 A 中。当线程 A 和 B 需要通信时，线程 A 首先会把自己本地内存 A 中修改后的 X 值刷新到主内存去，此时主内存中的 X 值变为了 1。随后，线程 B 到主内存中读取线程 A 更新后的共享变量 X 的值，此时线程 B 的本地内存的 X 值也变成了 1。

整体来看，这两个步骤实质上是线程 A 再向线程 B 发送消息，而这个通信过程必须经过主内存。JMM 通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来为 Java 程序员提供内存可见性保证。

内存间通信的指令：