一丶工作內(nèi)存和主內(nèi)存

java內(nèi)存模型，簡稱JMM(Java Memory Model)，個人對于JMM理解是：JVM屏蔽了操作系統(tǒng)對于物理內(nèi)存訪問的復(fù)雜性，目的從軟件設(shè)計角度呈現(xiàn)出的一種內(nèi)存訪問的邏輯視圖。也就是JMM是JVM為軟件工程師提供的一系列內(nèi)存訪問的邏輯規(guī)則，理解并合理使用這些規(guī)則就能正確訪問內(nèi)存，至于底層和物理內(nèi)存直接交互動作已經(jīng)被透明化了，無須關(guān)心。下圖是JMM內(nèi)存模型視圖，是內(nèi)存訪問規(guī)則的基礎(chǔ)。

JMM視圖

• 主內(nèi)存:
  主內(nèi)存是線程公有的，是所有線程都能訪問的內(nèi)存區(qū)域，一般對應(yīng)于java內(nèi)存布局中的堆區(qū)。
• 工作內(nèi)存
  工作內(nèi)存是線程私有的。一般對應(yīng)于JVM虛擬機棧，以及本地方法棧
• 工作內(nèi)存和主內(nèi)存之分
  從邏輯上看，如果沒有主內(nèi)存和工作內(nèi)存的區(qū)分，只有一整塊的內(nèi)存，似乎也并無不妥。那么區(qū)分主內(nèi)存和工作內(nèi)存的意義何在？
  馮諾依曼的計算機體系結(jié)構(gòu)
  上圖是耳熟能詳?shù)鸟T諾依曼體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代計算機是基于馮諾依曼體系上發(fā)展起來的。該體系有兩個關(guān)鍵的組成就是存儲器和CPU（運算器和控制器）。其中存儲器則是我們所討論的物理內(nèi)存。CPU和內(nèi)存之間的IO操作是存在瓶頸的，內(nèi)存的操作速度遠遠小于CPU的運算速度。在CPU和內(nèi)存協(xié)同工作的場景中，CPU以較短的時間完成數(shù)值計算后，需要花較長的時間等待內(nèi)存讀取操作，造成了CPU運算資源的浪費。于是，位于CPU和內(nèi)存之間的高速緩存應(yīng)運而生。
  
  CPU，高速緩存，內(nèi)存之間關(guān)系
  在引入了高速緩存之后，CPU會將運算所需要的數(shù)據(jù)一次性的加載到高速緩存中，高速緩沖具備比內(nèi)存更快的存取速度。CPU和高速緩存之間配合大大提高了CPU資源的利用率。此時在看工作內(nèi)存和主內(nèi)存關(guān)系，從邏輯上，高速緩存對應(yīng)工作內(nèi)存，每個線程分配到CPU時間片時，獨自享有高速緩存的使用能力。主內(nèi)存對應(yīng)存儲的物理內(nèi)存。特別注意，這只是邏輯上的對等關(guān)系，物理的上具體對應(yīng)關(guān)系十分復(fù)雜，這里不討論。

二丶工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間的交互規(guī)則

工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間協(xié)同工作才是JMM的核心部分。從上文描述中可以知道，工作內(nèi)存是主內(nèi)存部分內(nèi)容的拷貝，在多線程環(huán)境中，可能存在多份主內(nèi)存的拷貝。CPU是直接操作工作內(nèi)存，最后將工作內(nèi)存同步到主內(nèi)存，這個過程會造成各個工作內(nèi)存具備不一致性。為了在多線程環(huán)境下能實現(xiàn)工作內(nèi)存中一致性，JMM定義了工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間的交互操作，總共有8個原子性的交互操作

• lock
  鎖操作，如果線程對內(nèi)存中某個變量進行了lock，在同一時間將禁止其他所有線程對主內(nèi)存中該變量進行讀取操作。線程對應(yīng)的工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間禁止交互。
• unlock
  unlock 操作在lock操作之后執(zhí)行。這是釋放鎖操作，將放開線程對工作內(nèi)存中變量的讀取操作。放開線程對應(yīng)的工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間的交互。lock操作和unlock操作是成對出現(xiàn)的，執(zhí)行多少次lock操作，就要執(zhí)行相應(yīng)次數(shù)的unlock操作才能完全釋放。
• load
  load操作，是指將主內(nèi)存中某個變量的值加載到工作內(nèi)存中，可以看成一次內(nèi)存轉(zhuǎn)移操作。
• read
  read操作和load操作成對出現(xiàn)，邏輯上出現(xiàn)在load操作之后，該操作將轉(zhuǎn)移到工作內(nèi)存中的變量值具體復(fù)制給某個變量。read可看成是發(fā)生在工作內(nèi)存之中的變量初始化操作，load是工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間的拷貝工作，兩者配合完成一次變量讀取操作。
• use
  CPU使用工作內(nèi)存中變量需要執(zhí)行use操作，是定義在工作內(nèi)存中的一種操作
• assign
  賦值操作，顯而意見，如果發(fā)生變量賦值操作，將執(zhí)行該原子原子操作，是定義在工作內(nèi)存中的操作。
• store
  該操作和load操作是對應(yīng)的操作，完成工作內(nèi)存中內(nèi)容向主內(nèi)存中內(nèi)容的轉(zhuǎn)移。
• write
  writer操作邏輯上發(fā)生在store操作之后，完成對主內(nèi)容變量的回寫。store操作和write操作是load和read操作的對稱操作。
  JVM定義的上述八種操作均是原子的，是最小操作單位，不可分割。除此之外，上述八個操作并不是孤立的，而是相互聯(lián)系的，它們之間的操作必須符合下述規(guī)則:
  (1) 對主內(nèi)存中某個變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，將會清空工作內(nèi)存中該變量值。對變量執(zhí)行unlock操作之前，必須將其同步到主內(nèi)存中(store,write)。
  (2)工作內(nèi)存中的變量如未經(jīng)過assgin操作，那么不允許同步到主內(nèi)存中。
  (3)load和read操作必須順序執(zhí)行，但不一定需要連續(xù)執(zhí)行。store和write操作也必須順序執(zhí)行，但不一定需要連續(xù)執(zhí)行。上述兩對操作必須形成閉環(huán)，不能只有l(wèi)oad操作而沒有read操作。
  上述的八個原子操作和相應(yīng)的交互規(guī)則就是JVM對內(nèi)存的訪問規(guī)則，掌握和理解這些規(guī)則對開發(fā)正確的多線程程序十分重要