从萌新的角度理解java内存模型

java内存模型,简称JMM(Java Memory Model), 个人对于JMM理解是:JVM屏蔽了操作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作已经被透明化了,无须关心。下图是JMM内存模型视图,是内存访问规则的基础。

从萌新的角度理解java内存模型
  • 主内存 : 主内存是 线程公有的 ,是所有线程都能访问的内存区域, 一般对应于java内存布局中的堆区。
  • 工作内存 工作内存是 线程私有的 。一般对应于JVM虚拟机栈,以及本地方法栈
  • 工作内存和主内存之分

从逻辑上看,如果没有主内存和工作内存的区分,只有一整块的内存,似乎也并无不妥。 那么区分主内存和工作内存的意义何在?

从萌新的角度理解java内存模型

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) 。 其中存储器则是我们所讨论的物理内存。
CPU和内存之间的IO操作是存在瓶颈的,内存的操作速度远远小于CPU的运算速度 。在CPU和内存协同工作的场景中,CPU以较短的时间完成数值计算后,需要花较长的时间等待内存读取操作,造成了CPU运算资源的浪费。
于是,位于CPU和内存之间的高速缓存应运而生。

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在引入了高速缓存之后,CPU会将运算所需要的数据一次性的加载到高速缓存中,高速缓冲具备比内存更快的存取速度。CPU和高速缓存之间配合大大提高了CPU资源的利用率。
此时在看工作内存和主内存关系,从逻辑上,高速缓存对应工作内存,每个线程分配到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。

二丶工作内存和主内存之间的交互规则

工作内存和主内存之间协同工作才是JMM的核心部分。从上文描述中可以知道,工作内存是主内存部分内容的拷贝,在多线程环境中,可能存在多份主内存的拷贝。 CPU是直接操作工作内存,最后将工作内存同步到主内存,这个过程会造成各个工作内存具备不一致性为了在多线程环境下能实现工作内存中一致性,JMM定义了工作内存和主内存之间的交互操作,总共有8个原子性的交互操作

  • lock 操作,如果线程对内存中某个变量进行了lock,在同一时间将禁止其他所有线程对主内存中该变量进行读取操作。线程对应的工作内存和主内存之间禁止交互。
  • unlock unlock 操作在lock操作之后执行。这是释放锁操作,将放开线程对工作内存中变量的读取操作。放开线程对应的工作内存和主内存之间的交互。lock操作和unlock操作是成对出现的,执行多少次lock操作,就要执行相应次数的unlock操作才能完全释放。
  • load load操作,是指将主内存中某个变量的值加载到工作内存中,可以看成一次内存转移操作。
  • read read操作和load操作成对出现,逻辑上出现在load操作之后,该操作将转移到工作内存中的变量值具体复制给某个变量。read可看成是发生在工作内存之中的变量初始化操作,load是工作内存和主内存之间的拷贝工作,两者配合完成一次变量读取操作。
  • use CPU使用工作内存中变量需要执行use操作,是定义在工作内存中的一种操作
  • assign 赋值操作,显而意见,如果发生变量赋值操作,将执行该原子原子操作,是定义在工作内存中的操作。
  • store 该操作和load操作是对应的操作,完成工作内存中内容向主内存中内容的转移。
  • write writer操作逻辑上发生在store操作之后,完成对主内容变量的回写。store操作和write操作是load和read操作的对称操作。 JVM定义的上述八种操作均是原子的,是最小操作单位,不可分割。 除此之外, 上述八个操作并不是孤立的,而是相互联系的,它们之间的操作必须符合下述规则:

(1) 对主内存中某个变量执行lock操作,将会清空工作内存中该变量值。对变量执行unlock操作之前,必须将其同步到主内存中(store,write)。

(2)工作内存中的变量如未经过assgin操作,那么不允许同步到主内存中。

(3)load和read操作必须顺序执行,但不一定需要连续执行。store和write操作也必须顺序执行,但不一定需要连续执行。上述两对操作必须形成闭环,不能只有load操作而没有read操作。 上述的八个原子操作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

原文 

https://juejin.im/post/5b9a15c7e51d450e597b1a89

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