Java內(nèi)存模型JMM詳解-創(chuàng)新互聯(lián)

Java Memory Model簡稱JMM, 是一系列的Java虛擬機(jī)平臺對開發(fā)者提供的多線程環(huán)境下的內(nèi)存可見性、是否可以重排序等問題的無關(guān)具體平臺的統(tǒng)一的保證。(可能在術(shù)語上與Java運行時內(nèi)存分布有歧義，后者指堆、方法區(qū)、線程棧等內(nèi)存區(qū)域)。
并發(fā)編程有多種風(fēng)格，除了CSP(通信順序進(jìn)程)、Actor等模型外，大家最熟悉的應(yīng)該是基于線程和鎖的共享內(nèi)存模型了。在多線程編程中，需要注意三類并發(fā)問題:

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·原子性
·可見性
·重排序


原子性涉及到，一個線程執(zhí)行一個復(fù)合操作的時候，其他線程是否能夠看到中間的狀態(tài)、或進(jìn)行干擾。典型的就是i++的問題了，兩個線程同時對共享的堆內(nèi)存執(zhí)行++操作，而++操作在JVM、運行時、CPU中的實現(xiàn)都可能是一個復(fù)合操作, 例如在JVM指令的角度來看是將i的值從堆內(nèi)存讀到操作數(shù)棧、加上一、再寫回到堆內(nèi)存的i，這幾個操作的期間，如果沒有正確的同步，其他線程也可以同時執(zhí)行，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失等問題。常見的原子性問題又叫競太條件，是基于一個可能失效的結(jié)果進(jìn)行判斷，如讀取-修改-寫入。 可見性和重排序問題都源于系統(tǒng)的優(yōu)化。

由于CPU的執(zhí)行速度和內(nèi)存的存取速度嚴(yán)重不匹配，為了優(yōu)化性能，基于時間局部性、空間局部性等局部性原理，CPU在和內(nèi)存間增加了多層高速緩存，當(dāng)需要取數(shù)據(jù)時，CPU會先到高速緩存中查找對應(yīng)的緩存是否存在，存在則直接返回，如果不存在則到內(nèi)存中取出并保存在高速緩存中。現(xiàn)在多核處理器越基本已經(jīng)成為標(biāo)配，這時每個處理器都有自己的緩存，這就涉及到了緩存一致性的問題，CPU有不同強(qiáng)弱的一致性模型，最強(qiáng)的一致性安全性最高，也符合我們的順序思考的模式，但是在性能上因為需要不同CPU之間的協(xié)調(diào)通信就會有很多開銷。

典型的CPU緩存結(jié)構(gòu)示意圖如下

Java內(nèi)存模型JMM詳解

CPU的指令周期通常為取指令、解析指令讀取數(shù)據(jù)、執(zhí)行指令、數(shù)據(jù)寫回寄存器或內(nèi)存。串行執(zhí)行指令時其中的讀取存儲數(shù)據(jù)部分占用時間較長，所以CPU普遍采取指令流水線的方式同時執(zhí)行多個指令, 提高整體吞吐率，就像工廠流水線一樣。

Java內(nèi)存模型JMM詳解

讀取數(shù)據(jù)和寫回數(shù)據(jù)到內(nèi)存相比執(zhí)行指令的速度不在一個數(shù)量級上，所以CPU使用寄存器、高速緩存作為緩存和緩沖，在從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)時，會讀取一個緩存行(cache line)的數(shù)據(jù)（類似磁盤讀取讀取一個block）。數(shù)據(jù)寫回的模塊在舊數(shù)據(jù)沒有在緩存中的情況下會將存儲請求放入一個store buffer中繼續(xù)執(zhí)行指令周期的下一個階段，如果存在于緩存中則會更新緩存，緩存中的數(shù)據(jù)會根據(jù)一定策略flush到內(nèi)存。

public class MemoryModel {
  private int count;
  private boolean stop;
  public void initCountAndStop() {
    count = 1;
    stop = false;
  }
  public void doLoop() {
    while(!stop) {
      count++;
    }
  }
  public void printResult() {
    System.out.println(count);
    System.out.println(stop);
  }
}

新聞名稱：Java內(nèi)存模型JMM詳解-創(chuàng)新互聯(lián)
瀏覽路徑：http://www.muchs.cn/article44/coiihe.html

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