从萌新的角度理解java内存模型

一丶工做内存和主内存

java内存模型，简称JMM(Java Memory Model)，我的对于JMM理解是：JVM屏蔽了操做系统对于物理内存访问的复杂性，目的从软件设计角度呈现出的一种内存访问的逻辑视图。也就是JMM是JVM为软件工程师提供的一系列内存访问的逻辑规则，理解并合理使用这些规则就能正确访问内存，至于底层和物理内存直接交互动做已经被透明化了，无须关心。下图是JMM内存模型视图，是内存访问规则的基础。

• 主内存: 主内存是线程公有的，是全部线程都能访问的内存区域，通常对应于java内存布局中的堆区。
• 工做内存 工做内存是线程私有的。通常对应于JVM虚拟机栈，以及本地方法栈
• 工做内存和主内存之分

从逻辑上看，若是没有主内存和工做内存的区分，只有一整块的内存，彷佛也并没有不妥。那么区分主内存和工做内存的意义何在？

上图是耳熟能详的冯诺依曼体系结构，现代计算机是基于冯诺依曼体系上发展起来的。该体系有两个关键的组成就是 存储器和CPU（运算器和控制器） 。 其中存储器则是咱们所讨论的物理内存。 CPU和内存之间的IO操做是存在瓶颈的，内存的操做速度远远小于CPU的运算速度。在CPU和内存协同工做的场景中，CPU以较短的时间完成数值计算后，须要花较长的时间等待内存读取操做，形成了CPU运算资源的浪费。 因而，位于CPU和内存之间的高速缓存应运而生。

在引入了高速缓存以后，CPU会将运算所须要的数据一次性的加载到高速缓存中，高速缓冲具有比内存更快的存取速度。CPU和高速缓存之间配合大大提升了CPU资源的利用率。 此时在看工做内存和主内存关系，从逻辑上，高速缓存对应工做内存，每一个线程分配到CPU时间片时，独自享有高速缓存的使用能力。主内存对应存储的物理内存。特别注意，这只是逻辑上的对等关系，物理的上具体对应关系十分复杂，这里不讨论。

二丶工做内存和主内存之间的交互规则

工做内存和主内存之间协同工做才是JMM的核心部分。从上文描述中能够知道，工做内存是主内存部份内容的拷贝，在多线程环境中，可能存在多份主内存的拷贝。CPU是直接操做工做内存，最后将工做内存同步到主内存，这个过程会形成各个工做内存具有不一致性。为了在多线程环境下能实现工做内存中一致性，JMM定义了工做内存和主内存之间的交互操做，总共有8个原子性的交互操做

• lock 锁操做，若是线程对内存中某个变量进行了lock，在同一时间将禁止其余全部线程对主内存中该变量进行读取操做。线程对应的工做内存和主内存之间禁止交互。
• unlock unlock 操做在lock操做以后执行。这是释放锁操做，将放开线程对工做内存中变量的读取操做。放开线程对应的工做内存和主内存之间的交互。lock操做和unlock操做是成对出现的，执行多少次lock操做，就要执行相应次数的unlock操做才能彻底释放。
• load load操做，是指将主内存中某个变量的值加载到工做内存中，能够当作一次内存转移操做。
• read read操做和load操做成对出现，逻辑上出如今load操做以后，该操做将转移到工做内存中的变量值具体复制给某个变量。read可当作是发生在工做内存之中的变量初始化操做，load是工做内存和主内存之间的拷贝工做，二者配合完成一次变量读取操做。
• use CPU使用工做内存中变量须要执行use操做，是定义在工做内存中的一种操做
• assign 赋值操做，显而意见，若是发生变量赋值操做，将执行该原子原子操做，是定义在工做内存中的操做。
• store 该操做和load操做是对应的操做，完成工做内存中内容向主内存中内容的转移。
• write writer操做逻辑上发生在store操做以后，完成对主内容变量的回写。store操做和write操做是load和read操做的对称操做。 JVM定义的上述八种操做均是原子的，是最小操做单位，不可分割。 除此以外，上述八个操做并非孤立的，而是相互联系的，它们之间的操做必须符合下述规则:

(1) 对主内存中某个变量执行lock操做，将会清空工做内存中该变量值。对变量执行unlock操做以前，必须将其同步到主内存中(store,write)。

(2)工做内存中的变量如未通过assgin操做，那么不容许同步到主内存中。

(3)load和read操做必须顺序执行，但不必定须要连续执行。store和write操做也必须顺序执行，但不必定须要连续执行。上述两对操做必须造成闭环，不能只有load操做而没有read操做。 上述的八个原子操做和相应的交互规则就是JVM对内存的访问规则，掌握和理解这些规则对开发正确的多线程程序十分重要