Java内存模型

小知识，大挑战！本文正在参与“程序员必备小知识”创作活动。

JMM除了堆栈方法区的划分方式外，在线程与变量的角度上可以将其划分主内存 Main Memory和工作内存 Work Memory，其分别是线程共享与线程独占的。可以理解为主内存是 Heap 中对象实例的数据部分，工作内存是 JVM Stack 中的部分区域。

内存间的相互交互

内存模型

程序运行时面对的是Work Memory，因此MM与WM之间必定要制定变量传递方式，这些变量传递必须是原子性的，不可再分。

1. lock锁定：作用MM，标识某变量线程独占

2. unlock解锁：作用MM，标识lock的变量释放

3. read读取：作用MM，将MM的值传递到WM中

4. load载入：作用WM，将WM的值放入变量副本中

5. use使用：作用WM，将值传递给执行引擎

6. assign赋值：作用WM，将执行引擎的值赋值给WM的变量

7. store存储：作用WM，将WM的变量传送到MM中

8. write写入：作用MM，将变量值写入

要注意这只是 JVM 制定的一个规则，是脱离平台的抽象标准，实际情况需要在实现时结合平台进行具体设计。JVM使用这8种操作来进行内存交互操作，制定如下规则

• read-load，store-write 必须成对出现

• assgin 操作后需要将其 store 回主内存

• 不允许无故 store

• 变量只能在 MM 中产生，WM 的变量必须 read 来

• lock 操作会清空 MM 中的 cache，引擎使用需要重新 load 和 use

• unlock 前需要完成 store-write

要注意的是这些规则指定的只是顺序，而不是强制要求连续执行，这样在多线程的情况下多操作的原子不能保证。

volatile修饰符

volatile语义有两种：可见性、防止指令重排。主要由于在写操作后增加lock前缀指令，处理器收到该指令后执行两件事

1. 当前处理器缓存行数据写会系统内存。

2. 写回操作使其他CPU内的缓存该地址的数据无效。

这相当于要求对cache中的变量做了一次 store-write 操作。 这保证了 volatile 变量的可见性：当一条线程修改了这个变量的值，新值对于其他线程来说立即得知。在JMM的层面要求 use-load 和 assgin-stroe 操作必须成对且连续，这保证了每次都从缓存行中获取可能的新值。

但这个操作并不是原子的：这就造成了可能线程 $T_1$ 更新变量 $var$ 后 store 操作执行完后被 $T_2$ 打断，$T_2$ 进行了 read 操作，这样读取到的是旧数据，因此 volatile 并不具备原子性。

另外 volatile 添加的 lock 是一个内存屏障，这就限制了内存重排的能力。

long与double型变量

32位的机器没有一次性写入64位数据的能力，因此double和long型数据在32位机器上不是原子性的。JVM对其有着宽松的 Nonatomic Treatment of double and long Variavles 协定。但这个问题随着64位机的来临不再存在了。