Java内存模型（Java Memory Mode，JMM）

news2024/11/29 8:47:28

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并发编程模型的两个关键问题

线程之间如何通信及线程之间如何同步。

线程之间如何通信：共享内存，消息传递	线程之间如何同步
通信是指线程之间以何种机制来 `交换信息`	同步是指程序中用于控制不同线程间 `操作发生相对顺序` 的机制
在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，通过`写-读内存`中的公共状态进行隐式通信。	在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间`互斥执行`。
在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过`发送消息`来显式进行通信。	在消息传递的并发模型里，由于`消息的发送必须在消息的接收之前`，因此同步是隐式进行的。

Java的并发采用的是共享内存模型

线程间共享内容	线程间不会共享的内容
在Java中，所有实例域、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。	局部变量（`Local Variables`），方法定义参数（Java语言规范称之为`Formal Method Parameters`）和异常处理器参数（`Exception Handler Parameters`）不会在线程之间共享，它们不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。

Java线程之间的通信由 JMM 控制，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。

JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系	扩展
线程之间的共享变量存储在主内存（`Main Memory`）中，每个线程都有一个私有的本地内存（`Local Memory`），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。	本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

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程序员角度	编译器和处理器角度
让我们来看JMM的设计意图。从JMM设计者的角度，在设计JMM时，需要考虑两个关键因素。

程序员对内存模型的使用。程序员希望内存模型易于理解、易于编程。程序员希望基于一个强内存模型来编写代码。	编译器和处理器对内存模型的实现。编译器和处理器希望内存模型对它们的束缚越少越好，这样它们就可以做尽可能多的优化来提高性能。编译器和处理器希望实现一个弱内存模型。

由于这两个因素互相矛盾，所以JSR-133专家组在设计JMM时的核心目标就是找到一个好的平衡点：一方面，要为程序员提供足够强的内存可见性保证；另一方面，对编译器和处理器的限制要尽可能地放松。

JMM向程序员提供的`happens-before`规则能满足程序员的需求。JMM的happens-before规则不但简单易懂，而且也向程序员提供了足够强的内存可见性保证。	JMM对编译器和处理器的束缚已经尽可能少。从上面的分析可以看出，JMM其实是在遵循一个基本原则：只要不改变程序的执行结果（指的是单线程程序和正确同步的多线程程序），编译器和处理器`怎么优化都行`。

JMM对这两种不同性质的重排序，采取了不同的策略
对于会改变程序执行结果的重排序，JMM要求编译器和处理器必须禁止这种重排序。	对于不会改变程序执行结果的重排序，JMM对编译器和处理器不做要求（JMM允许这种重排序）。

-----------------------------------------------------------------------------摘自书名：Java并发编程的艺术作者：方腾飞；魏鹏；程晓明

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JMM 指定了 Java虚拟机 如何与计算机的 主存（RAM）进行工作

线程和主内存之间的抽象关系

Java的内存模型决定了一个线程对共享变量的写入何时对其他线程可见 Java内存模型定义了线程和主内存之间的抽象关系如下
·共享变量存储于主内存之中，每个线程都可以访问。
·每个线程都有私有的工作内存或者称为本地内存。
·工作内存只存储该线程对共享变量的副本。
·线程不能直接操作主内存，只有先操作了工作内存之后才能写入主内存。
·工作内存和Java内存模型一样也是一个抽象的概念，它其实并不存在，它涵盖了缓存、寄存器、编译器优化以及硬件等。

Jave内存模型与CPU硬件架构的交互图


Java的内存模型是一个抽象的概念，其与计算机硬件的结构并不完全一样，比如计算机物理内存不会存在栈内存和堆内存的划分，无论是堆内存还是虚拟机栈内存都会对应到物理的主内存，当然也有一部分堆栈内存的数据有可能会存入CPU Cache寄存器中。