1 為什么要使用JMM

Java虛擬機可以運行在不同的操作系統(tǒng)上，因此在不同的硬件和不同的操作系統(tǒng)下，內(nèi)存的訪問邏輯稍有差別。在這種情況下，有可能你開發(fā)的程序在某個系統(tǒng)環(huán)境下運行良好，而且線程安全。但是在別的系統(tǒng)環(huán)境下就有可能出現(xiàn)各種各樣的問題。那JMM就是為了屏蔽硬件和操作系統(tǒng)對內(nèi)存訪問的差異，讓一套代碼在任何地方運行都能夠達到相同的結(jié)果。

2 內(nèi)存如何使用

JMM將內(nèi)存劃分為主內(nèi)存和工作內(nèi)存兩種。

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2.1 那么為什么這么劃分呢？

舉個例子，我們在開發(fā)的時候，都是先將遠程代碼拉下來，在本地修改完了之后再上傳到代碼庫。這樣，一個項目組的開發(fā)人員就可以同時工作，不需要排隊的去直接修改遠程庫里面的代碼。

JVM在設(shè)計的時候同樣考慮到線程每次讀取和寫入都直接操作主內(nèi)存的話，對性能影響比較大。因此，JVM的解決方案是每條線程都擁有各自的工作內(nèi)存，并且工作內(nèi)存中的變量是主內(nèi)存中的一份拷貝。

在實際運行過程中，線程對變量的讀寫操作直接在工作內(nèi)存中進行，操作完成后再去刷新主內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。主內(nèi)存的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后會通知其他線程，但通知的時機是不可控的，也不是我們可以控制的。

2.2 八種內(nèi)存的交互操作

• lock （鎖定）：作用于主內(nèi)存的變量，把一個變量標識為線程獨占狀態(tài)
• unlock （解鎖）：作用于主內(nèi)存的變量，它把一個處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定
• read （讀取）：作用于主內(nèi)存變量，它把一個變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中，以便隨后的load動作使用
• load （載入）：作用于工作內(nèi)存的變量，它把read操作從主存中變量放入工作內(nèi)存中
• use （使用）：作用于工作內(nèi)存中的變量，它把工作內(nèi)存中的變量傳輸給執(zhí)行引擎，每當虛擬機遇到一個需要使用到變量的值，就會使用到這個指令
• assign （賦值）：作用于工作內(nèi)存中的變量，它把一個從執(zhí)行引擎中接受到的值放入工作內(nèi)存的變量副本中
• store （存儲）：作用于主內(nèi)存中的變量，它把一個從工作內(nèi)存中一個變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便后續(xù)的write使用
• write ?。▽懭耄鹤饔糜谥鲀?nèi)存中的變量，它把store操作從工作內(nèi)存中得到的變量的值放入主內(nèi)存的變量中

我們可以看到，這八種交互操作其實主要是圍繞變量在主內(nèi)存、工作內(nèi)存、執(zhí)行引擎中的存儲和使用。

JMM對這八種指令的使用，制定了如下規(guī)則：

• 不允許read和load、store和write操作之一單獨出現(xiàn)。即使用了read必須load，使用了store必須write。
• 不允許線程丟棄他最近的assign操作，即工作變量的數(shù)據(jù)改變了之后，必須告知主存。
• 不允許一個線程將沒有assign的數(shù)據(jù)從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存。
• 一個新的變量必須在主內(nèi)存中誕生，不允許工作內(nèi)存直接使用一個未被初始化的變量。就是對變量進行use、store操作之前，必須經(jīng)過assign和load操作。
• 一個變量同一時間只有一個線程能對其進行l(wèi)ock。多次lock后，必須執(zhí)行相同次數(shù)的unlock才能解鎖。
• 如果對一個變量進行l(wèi)ock操作，會清空所有工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用這個變量前，必須重新load或assign操作初始化變量的值。
• 如果一個變量沒有被lock，就不能對其進行unlock操作。也不能unlock一個被其他線程鎖住的變量。
• 對一個變量進行unlock操作之前，必須把此變量同步回主內(nèi)存。

2.3 三種模型特征

一、原子性

原子性操作就是不能再繼續(xù)拆分的單元。比如，a=1是原子性的，a=a+1是非原子性的。

另外，被synchronize關(guān)鍵字或其他鎖包裹的操作也可以是認為是原子性的。

synchronized(this){
  x = 1;
  y = 1;
}

如果觀察某個線程執(zhí)行上面的代碼，那么看到的結(jié)果是要么xy都被復制成功，那么xy都沒有被賦值。

二、可見性

由于每個線程都有自己的工作內(nèi)存，所以，當某個線程修改完變量后，在其他線程中未必可以看到這個變量已經(jīng)被修改。

這時，有三種方式可以解決可見性的問題。

1. volatile關(guān)鍵字修飾的變量被修改后會被立即更新到主內(nèi)存中，而且每次使用的時候必須要從主內(nèi)存中讀取。
2. synchronized保證unlock之前必須先把變量刷新回主內(nèi)存。
3. final修飾的變量在構(gòu)造器中一旦完成初始化，其他線程就能看到該變量的值。

三、有序性

由于JMM的工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間存在延遲，而且java會對一些指令進行重新排序，所以，在線程外部觀察的話，所有操作都是無序的。volatile和synchronized可以保證程序的有序性，可以保證指令不進行重排序。