详说Java内存模型（JMM）
文章目录
- 什么是Java内存模型
- 为什么提出内存模型
- Java主内存与工作内存
- JMM三大特性
-
- 可见性
- 有序性
- 原子性
- 并发总结
什么是Java内存模型
Java内存模型就是（Java Memory Model），它规范了Java虚拟机与计算机内存是如何协同工作的。Java虚拟机就是一个完整的计算机的模型，因此这个模型自然也包含了一个内存模型——就称为Java内存模型。
通俗来说，JMM是一套多线程读写共享数据时，对数据的可见性，有序性和原子性的规则。
为什么提出内存模型
在硬件的发展当中，一直都存在着一个矛盾，在CPU、内存、I/O设备的速度差异。
默认的排序为：CPU > 内存 > I/O设备
所以为了平衡这三者的速度差异，就做了一写优化：
在CPU中添加寄存器，以均衡内存与CPU之间的差异；
操作系统以线程又分为复用CPU，进而均衡I/O设备与CPU的速度差异；
编译程序优化指令执行次序，使得缓存能够得到更加合理地利用。
Java主内存与工作内存
接下来，先看看线程在执行的时候，对数据的拿去。
Java内存模型（JMM）的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则，即在虚拟机中将变量（线程贡献的变量）存储到电脑内存和内存中取出变量的底层细节。
Java内存模型中规定了所有的变量都是存储在主内存（电脑内存）中，但每条线程还有着自己的工作内存，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。
这里的工作内存就是JMM的一个抽象概念，也就做本地内存，其中存储了该线程的读/写贡献变量的副本。
就像每个处理器内核都拥有自己私有的本地内存，同理在JMM中每个线程都拥有自己的本地内存
在不同的线程之间是无法通过直接访问对方工作内存中的变量，线程间的通信一般有两种方式进行，一是通过消息传递、而是内存共享。
Java线程间的通信采用的是共享内存的方式，线程，主内存和工作内存之间的交互。
在这里所说的主内存、工作内存是与Java内存区域中的堆、栈、方法区等并不是在同一个层次的内存划分，这两个基本是没有是关系的。如果非要说两个一定要面前对象起来的haul，那从变量、主内存、工作内存的定义来看，主内存主要对应于Java堆中的对象实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域。
JMM三大特性
可见性
就是一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能立刻看到，我们就称为可见性。
对于现在的多核处理器，没课CPU都是拥有自己的缓存的，但这个缓存是仅仅对它所在的处理器是可见的，但CPU缓存与主内存的数据是很难保持一致性的。
为了避免处理器停顿下来等待向内存写入数据而产生的延迟，处理器就会使用写缓冲区来临时保存向内写入的数据。写缓冲区合并对同一内存地址的多次写，并以批处理的方式进行刷新，也就是说写缓冲区不会即时将数据刷新到主内存中。
一句话总结一下：多核的CPU，每个内核中都会有一个高速缓存，在每个高速缓存当中的数据在线程之间都是不可见的。
有序性
有序性指的是程序按照代码的先后顺序进行执行
为了优化性能，有时候会改变程序中语句的先后顺序。
CPU的读等待同时指令执行是CPU乱序的根源。
读指令的同时可以同时执行不影响的其他指令。
对于一个线程的代码而言，我们总是以为代码的执行是从前往后的，依次执行的。这么说不能说完全不对，在单线程程序里，确实会这样执行；
但是在多线程并发时，程序的执行就有可能出现乱序。
用一句话可以总结为：在本线程内观察，操作都是有序的；如果在一个线程中观察另外一个线程，所有的操作都是无序的。前半句是指“线程内表现为串行语义（WithIn Thread As-if-Serial Semantics）”,后半句是指“指令重排”现象和“工作内存和主内存同步延迟”现象
原子性
这是线程切换所带来的原子性问题
原子的意思就是“不可分”；
一个或多个操作在CPU执行的过程中不被中断的特性，我们就称为原子性。
原子性是拒绝多线程交互操作的，不论是多核和单核，具有原子性的量，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作。
CPU能保证的原子操作是CPU指令级别的,而不是高级语言的操作符。线程切换就会导致原子性问题。
说具体一点就是：一个操作不能被打断，要么全部执行完毕，要么不执行。在这点上有点类似于MyBatis中的事务操作，要么全部执行成功，要么回退到执行该操作之前的状态。
举个例子：
一个最经典的例子就是银行汇款问题，一个银行账户存款100，这时一个人从该账户取10元，同时另一个人向该账户汇10元，那么余额应该还是100。那么此时可能发生这种情况，A线程负责取款，B线程负责汇款，A从主内存读到100，B从主内存读到100，A执行减10操作，并将数据刷新到主内存，这时主内存数据100-10=90，而B内存执行加10操作，并将数据刷新到主内存，最后主内存数据100+10=110，显然这是一个严重的问题，我们要保证A线程和B线程有序执行，先取款后汇款或者先汇款后取款。要保证其有序性
举个例子
在Java当中并发程序都是基于多线程的，自然也会涉及到任务切换，任务切换的时机大多数是在时间片结束的时候。
我们现在基本都使用高级语言编程，高级语言里一条语句往往需要多条CPU指令完成。
举一个例子。i++操作：在CPU中就需要三条指令才能完成。
在这要求执行两次i ++
但是因为线程之间不遵守原子性，且两线程之间是不可见性的。
所以在执行的时候会出现一些问题，造成结果为1，在指令3中，最后同时给主内存当中写入数据为1。使得和我们想要的结果出现了偏差。
所以在这也说明了i++其实是线程不安全的。
并发总结
缓存可见性问题，编译优化带来的有序性问题，线程切换带来的原子性问题。其实缓存、线程、编译优化的目的和我们写并发编程的目的是相同的，都是提高程序安全性和性能。但是技术在解决第一个问题的同时，必须会带来另外一个问题，所以在采用一项技术的同时，一定要清除它带来的问题是什么，以及如何规避。
实现可见性和有序性是volatile关键字来实现的。
实现原子性是依靠锁机制来实现的。
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