Java内存模型(Java Memory Model,JMM)

简介: Java内存模型(Java Memory Model,JMM)


今天简单聊聊什么叫做 Java 内存模型,不是 JVM 内存结构哦。

JMM 是一个语言级别的内存模型,处理器的硬件模型是硬件级别,Java中的内存模型是内存可见性的基本保证。从而为我们 volatile 实现内存可见性提供了基石。主要目的就是让 Java 程序员在各种平台下达到一致性访问效果

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,尤其是在对共享变量的读写,修改后其他线程立刻内读取到,这个就是JMM主要作用。从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系: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。Java内存模型的抽象示意如图所示。

image.png

前面我们说到 volatile 底层原理详解,这个语义的实现就是利用了Java的内存模型。为我们屏蔽了细节,实现了内存可见性,有兴趣的读者可以看公众号前期发的文章 volatile 底层原理实现

为什么需要JMM?

1. 从源代码到指令序列的重排序

在执行程序的时候,为了提高性能,编译器与处理器常会对指令进行重排序优化,保证执行结果与书序执行的结果是一致的,但并不能保证各个语句执行的先后顺序与输入的代码顺序一致。(当然是说在单线程的情况下)。

所以有 volatile 修饰的代码就不会被指令重排,相当于加了一道内存屏障,不能把后面的指令重排序到内存屏障之前。

2. Happens-before原则(先行发生)

Happens-before定义:

  • 如果一个操作 Happens-before 另一个操作,那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见,而且第一个操作的执行顺序在第二个操作之前。
  • 两个操作之间存在 Happens-before 关系,并不意味着必须按照代码指定顺序执行。如果重排序后的执行结果与按照 Happens-before 结果执行的结果一致,那也是可以的。

先行发生是 Java 内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系,如果说操作A先行发生于B,其实就是说在发生操作 B 之前,操作 A 产生的影响能被 B 观察到, “影响” 包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法。比如:

//在线程 A 执行  1
i =  2;`
// 在线程 B 执行   2
j = i;`
// 在线程 C 执行   3
i =  3;
  • 假设执行顺序是 1 -> 3 -> 2:那么 j 的值是 3。
  • 假设执行顺序是 1 -> 2 -> 3:那么 j 的值是 2。

若我们想要按照 1 ,2 ,3顺序执行。那么只有同步才能保证一致性。

总而言之:

  • 通过JMM内存模型,volatile 内存可见性的实现才得以保证。但是又不需要我们去关注不同平台的细节。当对一个 volatile 修饰的变量修改是,JMM 会把该线程对应的本地内存中的共享变量刷新到主内存中。
  • 当读一个 volatile 变量的时候, JMM 会把该线程对应的本地内存设置无效,并从主内存中读取共享变量。
  • volatile 在满足 Happens-before原则情况下,禁止指令重排序。
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