java内存模型--总结

小咪咪 2024-04-18 17:04 13阅读 0赞

## 1.java内存模型是什么？ ##

Java内存模型（Java Memory Model ,JMM）就是一种符合内存模型规范的，屏蔽了各种硬件和操作系统的访问差异的，保证了Java程序在各种平台下对内存的访问都能保证效果一致的机制及规范。

Java内存模型规定了所有的变量都存储在**主内存**中，每条线程还有自己的**工作内存**，线程的工作内存中保存了该线程中是用到的变量的主内存副本拷贝，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。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量的传递均需要自己的工作内存和主存之间进行数据同步进行。

## 2.为什么要有java内存模型？ ##

随着CPU技术的发展，CPU的执行速度越来越快。而由于内存的技术并没有太大的变化。所以从内存中读取和写入数据的过程和CPU的执行速度比起来差距就会越来越大,这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间。  
人们想出来了一个好的办法，就是在CPU和内存之间增加**高速缓存**。  
那么，程序的执行过程就变成了：  
当程序在运行过程中，会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中，那么CPU进行计算时就可以直接从它的高速缓存读取数据和向其中写入数据，当运算结束之后，再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。  
在CPU和主存之间增加缓存，在多线程场景下就可能存在**缓存一致性问题**，也就是说，在多核CPU中，每个核的自己的缓存中，关于同一个数据的缓存内容可能不一致。  
在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序，这就是**指令重排序问题**。  
除了这种情况，还有一种硬件问题也比较重要。那就是为了使处理器内部的运算单元能够尽量的被充分利用，处理器可能会对输入代码进行乱序执行处理。这就是**处理器优化**。

## 3.在Java并发编程中上述3个问题的体现 ##

缓存一致性问题其实就是**可见性问题**。而处理器优化是可以导致**原子性问题**的。指令重排即会导致**有序性问题**。  
总结下，**JMM是一种规范，目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时，存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题。**

## 4.java内存模型对上述3个问题的解决 ##

**原子性**：为了保证原子性，在Java中对应的关键字就是synchronized或者加锁。如果想要使得int等类型自增操作具备原子性，可以使用JUC包下的原子封装类型java.util.concurrent.atomic.\*  
**可见性**：Java中的volatile关键字提供了一个功能，那就是被其修饰的变量在被修改后可以立即同步到主内存，被其修饰的变量在每次使用之前都从主内存刷新。因此，可以使用volatile来保证多线程操作时变量的可见性。（Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也称为 happens-before 原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性）  
**有序性**：在Java中，可以使用synchronized和volatile来保证多线程之间操作的有序性。实现方式有所区别：volatile关键字会禁止指令重排。synchronized关键字保证同一时刻只允许一条线程操作。