Java内存模型(JMM)

目录

一、什么是JMM

二、JMM和JVM内存区域模型

三、JMM与硬件内存架构的关系

四、Java内存模型的操作

五、JMM解决原子性、可见性、有序性问题

原子性问题

可见性问题

有序性问题

---

一、什么是JMM

Java内存模型（Java Memory Model简称JMM）是一种抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一组规则和规范，通过这组规范定义了程序中各个变量的访问方式。JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存，用于存储线程私有的数据，而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存时共享内存区域，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主内存，不能直接操作主内存中的变量，工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝。前面说过，工作内存时每个线程的私有数据区域，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信必须通过主内存来完成。

二、JMM和JVM内存区域模型

JMM与JVM内存区域的划分是不同的概念层次，更恰当说JMM描述的是一组规则，通过这组规则控制程序中各个变量在共享数据区域和私有数据区域的访问方式，JMM是围绕原子性、有序性、可见性展开。JMM和Java内存区域唯一相似点，在JMM中主内存属于共享数据区域，从某个程度上讲应该包括了堆和方法区，而工作内存数据线程私有数据区域，从某个程度上讲则应该包括程序计数器、虚拟机栈以及本地方法栈。

三、JMM与硬件内存架构的关系

通过堆Java内存模型以及Java多线程、硬件内存架构，我们已经意识到，多线程的执行最终都会映射到硬件处理器上进行执行，但Java内存模型和硬件内存架构并不完全一致。对硬件内存来说只有寄存器、缓存内存、主内存的概念，并没有工作内存(线程私有数据区域)和主内存(堆内存)之分，也就是说Java内存模型堆内存的划分对硬件内存并没有任何影响，因为JMM只是一种抽象的概念，是一组规则，并不实际存在，不管是工作内存的数据还是主内存的数据，对于计算机硬件来说都会存储在计算机主内存中，当然也有可能存储到CPU缓存或者寄存器中，因此总体来说，Java内存模型和计算机硬件内存架构是一个相互交叉的关系，是一种抽象概念划分与真是物理硬件的交叉。

四、Java内存模型的操作

关于主内存与工作内存之间的具体交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存到主内存之间的实现细节，Java内存模型定义了以下八种操作来完成

①  lock(锁定)：作用于主内存的变量，把一个变量标记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；

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；

④  load(载入)：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值啊放入工作内存的变量副本中；

⑤  user(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)：作用于工作内存的变量，它把store操作从工作内存中的一个变量的值传送到主内存的变量中

五、JMM解决原子性、可见性、有序性问题

原子性问题

除了JVM自身提供的对基本数据类型读写操作的原子性外，可以通过synchronized和Lock实现原子性。因为synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程访问该代码块。

可见性问题

volatile关键字保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值立即被其他的线程看到，即修改的值立刻更新到主内存中，当其他线程需要读取时，它会去内存中读取新值。synchronized和Lock也可以保证可见性，因为它们可以保证任一时刻只有一个线程能访问共享资源，并在其释放锁之前将修改的变量刷新到内存中。

有序性问题

在Java里面可以通过volatile关键字来保证一定的有序性。另外可以通过synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺利执行同步代码，自然就保证了有序性。