java内存模型

注：本文仅是本人对学习资料的总结，如有不对之处请大家指出

java内存模型

有图有真相首先我们来一张图

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这就是一个简单的JMM(java内存模型)我们可以看到

• 1每个线程独享一块自己的本地内存区域，来存储本地变量
• 2线程共享主内存中的数据
  接下来我们再来看看线程间是怎么进行通信的
  如图所示，如果A线程和B线程通信的过程
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  如果A想要和B进行通信实际是A刷新主存中x的值，然后B线程区读取主内存中的值。这样的通信方式也被称为隐式通信，即A和B进行通信不是直接进行，而是通过更新C，然后B到C中获取信息
  根据刚刚的通信原理我们可以和容易的想到：如果多线程共享变量我们会怎么样？
• A和B都会分别从主存中拷贝x的值，然后在自己的工作区进行加一的操作，然后在更新主存中x的值，所以无论A先更新还是B先更新，最终主存中x的值只会加一。这也是我们常见的线程安全问题一种原因

JVM内部对java内存模型的实现

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如果所示，java内存模型把内存分为了两个区域：线程栈区和堆区然后我们来明晰三个概念

• 线程栈与线程栈之间是相互不可见的
• 所有原始数据类型的本地变量都会被放在各自的栈区
• 对象都被存储在堆中，无论是成员变量还是本地变量
• 对象的成员变量都会被存储在堆区
• Static类型的变量以及类本身的相关变量都会存储在堆区
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  堆中的对象可以被多线程共享，如果多个线程同时访问一个对象的同一个方法，他们可以同时访问他的成员变量，但对于本地变量会拷贝到自己的线程栈中

硬件内存架构

软件最终还是依托与硬件，所以要了解java内存模型究竟是怎么运作的我们还需要了解底层的硬件逻辑

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如图所示
CPU与主存的关系，处理过后的数据会放到，cpu寄存器中，再更新到cpu缓存区（这里cpu的缓存可以是多级的，因为不是专门研究硬件就不讨论了），最后更新到主存中。更新的时间是个玄学问题##Java内存模型和硬件架构之间的桥接关系
大部分内容会放在主存区，小部分才会在cpu寄存器中

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因为这个玄学问题会引发两点

• 共享对象之间的可见性问题
  脏读
• 共享对象之间的竞争现象
  脏写

共享对象的可见性

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来我们来假设这么一个场景线程1要更新数据，而线程二要读取更新后的数据。首先线程一更新了数据但是却没有立刻更新到主存中，而是首先更新到cpu缓存区中，这个时候线程二想要读取更新好的数据，就会去缓存中读取数据，这个时候读到的却是更新前的。这也是脏读的现象。在java中我们可以使用volatite关键字来解决这个问题，至于volatite关键字，volatite关键字保证了变量会直接刷新到主存中而不是在缓存区中，并且会直接读取主存中的数据。怎么实现线程间的可见性我们随后会讨论到

竞争现象

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来同理我们再来看看脏写的现象，假设A和B线程同时要更新
主存中的数据，那么A和B会分别读取变量到自己的cpu缓存区，然后进行+1操作，应为这个动作是并行的所以最后flush会让主存中的数据被刷新了两次，结果不是+2而只是加一
解决这个问题，java中提供了synchronized代码块，synchronized代码块保证了同一时间只有一个数据进入竞争区，并且所有变量都会从主存区读取，当线程退出代码的时候，直接刷新主存中的数据

支持JAVA内存模型的基础原理

指令重排序
在执行程序的时候，为了提高性能会对指令进行重新排序，java通过插入内存屏障（Memory Barrier）来静止特定类型的编译器重排序和处理去重排序，为内存的可见性提供了保证。让我们来认识一下三种指令重排序方式

• 编译器重排序 ：编译器在不改变单线程语义的前提下会对指令进行重新排序
• 指令集并行的重排序：如果存在数据依赖，处理器可以改变语句的执行顺序
• 内存系统的重排序：处理器使用缓存和读写缓存区，这使得加载和存储看起来是乱序的
  数据依赖
  如果两个操作同时访问数据，而一个为写操作，此时数据与数据之间具有数据依赖性不会对其进行重排序
  as-if-serial
  不管怎么重排序，单线程下的执行结果都不能被改变，编译器，处理器都必须遵循语义

内存屏障（Memorry Barrier）

• 保证特定特定操作的执行顺序
• 影响某些数据的内存可见性
  任何指令都不能和Memorry Barrier重排序
  write-Barrier写屏障刷出所有在Barrier之前写出cache的数据写到主存中，所以write-Barrier后读到的数据都是最新的数据
  Read-Barrier指令，强制读取主存中的数据
  volitile关键字就是在数据更新后插入了一个write-Barrier在数据读取前插入了一个Read-Barrier保证了
• 一个线程写入变量a后，任何变量都会访问最新的值
• 在更新变量a之前的写入操作，对其他线程都是可见的

happen-before原则

与程序员密切相关的happen-before原则

• 1.程序的执行顺序原则：一个线程的每个操作，hapens-before于该线程中任意后续操作。
• 监听器锁规则：对一个锁的解锁操作，hapens-before于随后对起加锁操作（sychronized）
• volatile域原则：对一个volatile域的写操作，happens-before于任意线程的后续对这个volatile域的读操作
• 传递性原则：如果A happens-beforeB。并且B happens-before C那么A happens-before C。
  注意：happens-before，规定的并不是操作执行顺序，而是前一个操作的结果对后一个操作是可见的，且前一个操作排在后一个操作之前