java内存模型

java内存模型

jmm（java memory model）规范，他规范了java虚拟机与计算机内存如何协调工作 ，他规定了一个线程如何及何时看到其他线程修改过的变量的值，以及在必须时，如何同步的访问共享变量。

jmm内存分配的概念:

堆heap： 优点：运行时数据区，动态分配内存大小，有gc；,缺点：因为要在运行时动态分配，所以存取速度慢，对象存储在堆上，静态类型的变量跟着类的定义一起存储在堆上。
栈stack：存取速度快，仅次于寄存器，缺点：数据大小与生存期必须是确定的，缺乏灵活性，栈中主要存放基本类型变量（比如，int,shot,byte,char,double,foalt,boolean和对象句柄），jmm要求，调用栈和本地变量存放在线程栈上

当一个线程可以访问一个对象时，也可以访问对象的成员变量，如果有两个线程访问对象的成员变量，则每个线程都有对象的成员变量的私有拷贝，

计算机 硬件架构：

处理器（cpu）： 寄存器：每个cpu都包含一系列寄存器，他们是cpu的基础，寄存器执行的速度，远大于在主存上执行的速度
cpu高速缓存：由于处理器与内存访问速度差距非常大，所以添加了读写速度尽可能接近处理器的高速缓存，来作为内存与处理器之间的缓冲，将数据读到缓存中，让运算快速进行，当运算结束，再从缓存同步到主存中，就无须等待缓慢的内存读写了。处理器访问缓存的速度快与访问主存的速度，但比访问内部寄存器的速度还是要慢点，每个cpu有一个cpu的缓存层，一个cpu含有多层缓存，，某一时刻，一个或者多个缓存行可能同时被读取到缓存取，也可能同时被刷新到主存中，同一时刻，可能存在多个操作，
内存：一个计算机包含一个主存，所有cpu都可以访问主存，主存通常远大于cpu中的缓存，
运作原理： 通常，当一个cpu需要读取主存时，他会将主存的内容读取到缓存中，将缓存中的内容读取到内部寄存器中，在寄存器中执行操作，当cpu需要将结果回写到主存中时，他会将内部寄存器的值刷新到缓存中，然后会在某个时间点将值刷新回主存

jmm 和硬件内存架构：

硬件没有区分线程栈和堆，线程栈和堆主要在分布在主内存中，有时部分线程栈和堆会分布在cpu寄存器和cpu缓存中

jmm抽象结构

线程中共享变量都存储在主内存中，每个线程都有个私有的本地工作内存，私有本地工作内存是jmm模型抽象概念，并不是真实存在的，她涵盖了缓存，协缓存区，寄存器以及其他的硬件和编译器的优化，本地内存中存储了该线程以读或写共享变量的拷贝的副本，比如线程1 要使用主内存中的变量a,线程1回先拷贝出变量a 的副本存储在自己的本地内存。从更低的层次来说，主内存就是硬件的内存，是为了获取更好的运行速度，虚拟机及硬件系统会让工作内存优先存储于寄存器和高速缓存中，jmm中线程中的工作内存是硬件系统中cpu的寄存器和高速缓存的一个抽象描述，jvm模型是对内存的物理划分，只局限在内存，只局限在jvm内存。如果线程之间的通信必须经过主内存，例如：线程a要将本地工作内存中的变量刷新到主内存中的共享变量，线程b去主内存中读取刚刚被线程a更新后的共享变量。

java内存模型 - 同步操作与规则

Java内存模型-同步八种操作

1. lock(锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为一条线程独占状态
2. unlock(解锁):作用于主内存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来 , 释放后的变量才可以被其他线程锁定unlock(解锁):作用于主内存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来 , 释放后的变量才可以被其他线程锁定
3. read(读取) : 作用于主内存的变量 , 把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用read(读取) : 作用于主内存的变量 , 把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用
4. load(载入)：作用域工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中load(载入)：作用域工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中
5. use (使用) : 作用于工作内存的变量 , 把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎use (使用) : 作用于工作内存的变量 , 把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎
6. assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量
7. store (存储) : 作用于工作内存的变量 , 把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中 , 以便随后的write的操作
8. write (写入) : 作用于主内存的变量, 它把store操作从工作内存中一个变量的值传送到主内存的变量中

Java内存模型-同步规则

1. 如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存, 就需要按顺序地执 行read和load操作 , 如果把变量从工作内存中同步回主内存中, 就要按顺序地执行store和write操作. 但Java内存模型只要求上述操作必须按顺序执行,而没有保证必须是连续执行
2. 不允许read和load、 store和write操作之一单独出现
3. 不允许一个线程丢弃它的最近assign的操作,即变量在工作内存中改变了之后必须同步到主内存中
4. 不允许一个线程无原因地(没有发生过任何assign操作)把数据从工作内存同步回主内存中
5. 一个新的变量只能在主内存中诞生, 不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化(load或assign)的变量。 即就是对一个变量实施use和store操作之前 , 必须先执行过了assign和load操作
6. 一个变量在同一时刻只允许一条线程对 其进行lock操作 , 但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,多次执行lock后,只有执行相同次数的unlock操作,变量才会被解锁。lock和unlock必须成对出现
7. 如果对一个变量执行lock操作,将会清空工作内存中此变量的值, 在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值
8. 如果一个变量事先没有被lock操作锁定 , 则不允许 对它执行unlock操作 ; 也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量
9. 对一个变量执行unlock操作之前 , 必须先把此变量同步到主内存中(执行store和write操作)