java内存模型

先来了解现代计算机硬件体系

• CPU和内存是计算机中两个比较核心的东西，他们之间会频繁的进行交互，随着cpu发展越来越快，内存的读写的速度已经远远跟不上CPU的处理速度，所以CPU厂商在CPU上加了一个 高速缓存，用于cpu计算时的数据存储，这样就不用频繁的去和内存进行读写降低效率。我们在看CPU硬件参数的时候，也会看到有这样的参数：

  
  image.png

• 一般高速缓存有3级：L1，L2，L3，CPU与内存的交互，就发生了变化，CPU不再与内存直接交互，CPU会先去L1中寻找数据，没有的话，再去L2中寻找，然后是L3，最后才去内存寻找（更准确的来说，应该是CPU中的寄存器去寻找）。

  
  image.png

• 看起来一切都很美好，但是随着科技的进步，CPU厂商们搞事了，推出了多核CPU提高计算机处理性能，每个CPU上又有高速缓存，CPU与内存的交互就变成了下面这个样子：

  
  image.png

• 某个CPU需要修改某个数据，先去Cache中找，如果Cache中没有找到，去内存中找，然后把数据copy到自己的Cache中进行修改，然后再把修改完的数据刷新到主内存。
  所以，多个cpu同时操作内存中的同一个数据，就会出现大家读取的数据不一致的情况，因为谁也不知道自己操作的这份数据是不是最新的，是否已经被另外一个cpu做过了修改，所以，引发了一个问题：缓存不一致。
  解决这个问题的方法有很多，比如：

1. 总线加锁（此方法性能较低，现在已经不会再使用）
2. MESI协议
   这是Intel提出的，MESI协议也是相当复杂，在这里我就简单的说下：当一个CPU修改了Cache中的数据，会通知其他缓存了这个数据的CPU，其他CPU会把Cache中这份数据的Cache Line置为无效，要读取数据的话，直接去内存中获取，不会再从Cache中获取了。（java中的volatile关键字）
   当然还有其他的解决方案，MESI协议是其中比较出名的。

Java线程与硬件处理器

我们在Java中开启一个线程，最终Java也会交给CPU去执行。
具体的流程是：我们在使用Java线程，内部会调用操作系统(OS)的内核线程（Kernel-Level Thread），这种线程是操作系统内核（Kernel）直接支持的，内核通过调度器，对线程进行调度，并将线程交给各个CPU内核去处理。

如下图所示：java线程 — 操作系统线程 — CPU

image.png

JAVA内存模型

Java内存模型是一个抽象的概念，其实并不存在，它描述的是一种规范，这个规范可以这样解释：每个线程都有自己的工作内存，工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝，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。线程之间无法直接访问对方的工作内存中的变量，线程间变量的传递均需要通过主内存来完成。

image.png

Java内存模型中不管是本地内存，还是主内存的数据，最终都会存储在CPU（更准确的来说 是寄存器）、Cache、内存上。所以，java中的线程对应到CPU，主内存（也叫堆内存或共享内存）对应到计算机的内存，本地内存对应到高速缓存，中间通过操作系统进行调度

一句话：Java内存模型就是为了对应计算机cpu，缓存，内存，从而解决多线程对共享数据的读写一致性问题。