Java内存模型基础篇

我们在这里简单复习一下操作系统中的缓存

操作系统中的缓存情况为上图，操作系统将内存，缓存分为多个大小相等的块。然后根据缓存的数目依次指定内存块所对应的缓存块，在使用时，直接访问缓存，未命中则更新。

但是操作系统的缓存有一个很关键的隐含信息：每个内存块只有一个缓存，一个缓存对应了多个内存。

但是在Java内存模型中，情况却似乎反了过来，如下图

Java内存模型

在Java中，

1. 实例域、静态域和数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享（也就是共享变量
2. 局部变量，方法定义参数，异常处理参数不会在线程之间共享（这些在语法上被限制了不能共享）

这就导致了线程可见性的问题，若两个线程希望通信：

在计算机的空间内，进程或者线程通信（只要两个线程有牵扯，都可以称为通信）只有两种方式

• 把信息放在一个公开的场合，等目标去读（共享内存
• 直接上门把信息送到（消息传递

但是对于JMM的模型，通信的实质还是通过共享变量的交互，

既然通过共享变量就注定要走这几个流程：

1. 线程A，B读取共享变量到自己的缓存
2. A做了操作，更新了缓存
3. 缓存写回到主内存
4. B更新缓存，得到信息

指令重排序

在操作系统、计算机组成等等中都有提到指令重排序。

假设当前有这样一个任务：

1. 读取变量1，
2. 计算变量1*500，
3. 读取变量2，
4. 计算变量1+变量2

在程序中，为了最大程度利用计算机的资源，会对指令进行重排序，保证各个设备是一直在工作的，或短时间内完成工作。

可能的执行顺序：1324

指令重排序的理念从计算机的底层到编译器都有应用到

重排序分3种：

1. 编译器优化的重排序
2. 指令级并行的重排序
3. 内存系统的重排序

但是在多线程的操作中，指令重排序意味着内存可见性的问题。

为了保证缓存一致性，内存可见性

• JMM的编译器会禁用一些情况的重排序
• JMM通过插入内存屏障来保证禁止特定类型的处理器重排序。

这里出现了一个新词语：内存屏障

什么是内存屏障？
内存屏障主要为读写屏障，是为了确保两步操作的先后（读读、写写、写读、读写）

而指令重排序的原则来源于happens-before

与程序员密切相关的happens-before规则如下（很重要）。

1. 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。
2. 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。
3. volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。(对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。即可见性)
4. 传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。

总结为四点：单线程不变，锁，volatile，传递

一个happens-before规则对应于一个或多个编译器和处理器重排序规则。Java程序员只需要熟悉该原则，无需理解下层实现。