jvm内存模型一、jvm内存模型的由来在计算机发展的第一个阶段，程序是在CPU中运行，数据在主存中保存。随着技术的发展

一、jvm内存模型的由来

在计算机发展的第一个阶段，程序是在CPU中运行，数据在主存中保存。随着技术的发展，CPU的速度越来越多高，但是主存的速度却没有提高太多。
为了解决上面的问题，于是出现了缓存，里面存放了一些CPU经常使用的主存数据，缓存的速度和CPU差不多，当CPU读数据的时候，首先从缓存中读，没有的话再从主存中读。写数据的时候，先写缓存的数据，然后再更新到主存中。这样一种机制使得速度提高很多。
技术继续发展，在上面缓存的基础上出现了一级二级三级缓存，读也是逐层的，第一级缓存没有就到第二层，就这样以此类推。这时候CPU也得到了快速发展，由之前的一个核变成了多核CPU。

jvm内存模型也叫做JMM（JAVA Memory Model）。

我们知道jvm内存结构中，一部分内存区域（堆和方法区）是被设计成所有线程共享的，所以当多个cpu执行多个线程，并且操作线程共享区域的变量时，会存在一些列如原子性、可见性、有序性等问题，而JMM就是围绕着多线程通信以及与其相关的一系列特性而建立的模型。JMM定义了一些语法集，这些语法集映射到 java 语言中就是volatile、synchronized等关键字。

二、原子性、可见性、有序性

2.1、原子性

原子性：即一个操作或者多个操作，要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

一个很经典的例子就是银行账户转账问题：

比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。

试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。然后又从B取出了500元，取出500元之后，再执行往账户B加上1000元的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢？

举个最简单的例子，大家想一下假如为一个32位的变量赋值过程不具备原子性的话，会发生什么后果？

i = 9;

假若一个线程执行到这个语句时，我暂且假设为一个32位的变量赋值包括两个过程：为低16位赋值，为高16位赋值。

那么就可能发生一种情况：当将低16位数值写入之后，突然被中断，而此时又有一个线程去读取i的值，那么读取到的就是错误的数据。

2.2、可见性

可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

举个简单的例子，看下面这段代码：

//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;

//线程2执行的代码
j = i;

假若执行线程1的是CPU1，执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知，当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中，然后赋值为10，那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。

此时线程2执行 j = i，它会先去CPU2的高速缓存中读数据，发现没有数据，就去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中，注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10。

这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。

2.2.1、happens-before原则

为了解决可见性，有一条很重要的规则叫做happens-before原则。什么意思呢？

如果一个操作的执行结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系。举个例子：

程序顺序规则：一个线程中的每个操作发生在后一个操作之前，这就是happens-before。
锁规则：对于锁机制，一定要先加锁，才能解锁，这也是happens-before。
volatile域规则：对一个volatile域的写操作一定要发生在读操作前面。

2.3、有序性

有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

举个简单的例子，看下面这段代码：

int i = 0;              
boolean flag = false;
i = 1;                //语句1  
flag = true;          //语句2

上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗？不一定，为什么呢？这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）。

2.3.1、指令重排

下面解释一下什么是指令重排序，一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

比如上面的代码中，语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响，那么就有可能在执行过程中，语句2先执行而语句1后执行。

但是要注意，虽然处理器会对指令进行重排序，但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同，那么它靠什么保证的呢？再看下面一个例子：

int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4

这段代码有4个语句，那么可能的一个执行顺序是：语句1 语句2 语句3 语句4，

那么可不可能是这个执行顺序呢：语句2 语句1 语句4 语句3，

答案是：不可能。因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果，那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。

虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果，但是多线程呢？下面看一个例子：

//线程1:
context = loadContext(); //语句1
inited = true; //语句2

//线程2:
while(!inited ){
	sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

上面代码中，由于语句1和语句2没有数据依赖性，因此可能会被重排序。假如发生了重排序，在线程1执行过程中先执行语句2，而此时线程2会以为初始化工作已经完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomethingwithconfig(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

从上面可以看出，指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。

也就是说，要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

三、总结

jvm内存模型是解决java中多个线程共享数据的问题。