硬件內(nèi)存模型到 Java 內(nèi)存模型,這些硬核知識(shí)你知多少

Java內(nèi)存模型跟上篇JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)很像經(jīng)常會(huì)把他搞混其它們不是一回事，而相差還很大的，希望沒它們搞混，特別是在試的時(shí)候，搞了的話就會(huì)答非問，影響你的面試成，當(dāng)然也許你碰到了半子面試官，那要恭喜你了Java內(nèi)模型比JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)復(fù)雜多Java內(nèi)存模型有一個(gè)規(guī)范叫：《JSR：Java內(nèi)模型與線程規(guī)范》，面的內(nèi)容很豐富，如果沒看過的話我議你看一下今天我們就單來聊一聊Java內(nèi)存模型關(guān)于Java內(nèi)存模型，我還是先從硬件內(nèi)存模入手。硬件內(nèi)模型先來看看硬件存簡單架構(gòu)，如下圖示：硬件內(nèi)存結(jié)構(gòu)這是一幅簡單硬件內(nèi)存結(jié)構(gòu)圖實(shí)的結(jié)構(gòu)圖要比這復(fù)雜多別是在緩存層現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)緩一般有三層你可以打開你的電腦看看開任資源管理器--->性能--->cpu，下圖所示：CPU緩存從圖中可以看我這臺(tái)機(jī)器的CPU有三級(jí)緩存級(jí)緩存級(jí)L2三級(jí)緩存（L3）一級(jí)緩存是最接近CPU的三級(jí)緩存是最接近內(nèi)存，每一級(jí)緩存的數(shù)據(jù)都下一級(jí)緩存的一部分三級(jí)緩存架構(gòu)如下圖所：圖片來源網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在我們對(duì)硬內(nèi)存架構(gòu)有了一定的解，我們來弄明白一個(gè)題什需要CPU內(nèi)存間加緩？關(guān)于這個(gè)問題們就簡單點(diǎn)說，我們道是高速，而內(nèi)存相對(duì)來說是低的，這就會(huì)造一個(gè)問題，不能充分利用CPU高的特點(diǎn)，因?yàn)镃PU每從內(nèi)存里獲取數(shù)的話都需要等待，這就浪費(fèi)了CPU高的能，緩存的出現(xiàn)就是用來消除CPU與存之間差距的。緩存的度要大于內(nèi)存于CPU，入緩存之后CPU直接從緩中讀取數(shù)據(jù)因?yàn)榫彺孢€比較快的所以這樣就充分利用了CPU高速的特。但也不是每次都從緩存中讀取到數(shù)據(jù)這個(gè)跟我們項(xiàng)目

中使用的redis等緩存工具一樣存在一個(gè)緩存命中率中先查找L1Cache，如果L1沒命中，就往L2里續(xù)找，依此類推，后沒找到的話直接內(nèi)存中取后添加到緩存然CPU需寫數(shù)據(jù)到主存時(shí)，同樣會(huì)先刷新存器中的數(shù)據(jù)到CPU緩，然后再把數(shù)據(jù)刷新到內(nèi)存中。也許你已經(jīng)看了這個(gè)框架的弊端，單核時(shí)代只有一個(gè)處理核心，寫作全都是由單核成，沒什么問題；但多核架構(gòu)，一個(gè)核修改存后，其他核并不知道數(shù)據(jù)已失效，繼續(xù)傻傻的使主存或者自己緩存層的據(jù)，那么就會(huì)致數(shù)據(jù)不一致的況。關(guān)于這個(gè)問題硬廠商也提供了解決辦法，做存一致協(xié)（MESI協(xié)）緩存一致性協(xié)議東西我也不了解，我也不清，所以就不在這里了有興趣的可以自行研。聊完了硬件內(nèi)架構(gòu)，我們將焦點(diǎn)回我們的主題Java內(nèi)模型上，面就一起來聊一聊Java內(nèi)存模型。Java內(nèi)存模型Java內(nèi)存模型是什？Java內(nèi)存?？梢岳斫鉃樽裾斩嗪思軜?gòu)的設(shè)計(jì)，用Java實(shí)現(xiàn)了一套層的“緩存一性”樣就可以避CPU硬件廠商標(biāo)準(zhǔn)不一樣帶來風(fēng)險(xiǎn)了式介紹一下內(nèi)模Java內(nèi)存模型(JavaMemory，簡稱JMM)，本身是種抽象的概念，并不是像硬件架構(gòu)一樣真實(shí)存在的，它描的是一組規(guī)則或規(guī)范通過這組規(guī)范定義了程中各個(gè)變量包實(shí)例字段、靜字段和構(gòu)成數(shù)組對(duì)象元素)的訪問方式更多關(guān)于Java內(nèi)存模型知識(shí)可以閱JSR133：Java內(nèi)存模與線程規(guī)范。我們知道JVM運(yùn)程的實(shí)體是線程，在上一JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)中我們得知每個(gè)線程創(chuàng)建時(shí)JVM都為其創(chuàng)建一個(gè)工作存(Java棧)，用于存儲(chǔ)線程私有數(shù)據(jù)，而Java內(nèi)存模型規(guī)定所有變量都存儲(chǔ)在主存主內(nèi)存是共享內(nèi)存區(qū)域所有線程都可訪問，但線程對(duì)變量操作(讀賦值等)必在工作內(nèi)存中進(jìn)行，首先要將量從主內(nèi)存拷貝到自的工作內(nèi)存空間，然后變量進(jìn)行操作操作完后再將變寫回主內(nèi)存，不能直操作主內(nèi)存中的變量。我們知道Java棧是每個(gè)線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)域，別的線無訪問到不同線程的私有數(shù)據(jù)所線程需要通信的話必須通過主內(nèi)存來完成Java內(nèi)存模型就是夾在這兩者之間一組規(guī)范，我們先來看這個(gè)抽象架構(gòu)圖：圖片來源網(wǎng)絡(luò)

從結(jié)構(gòu)圖來看如果線程A與線程之間需要通的話，必須要經(jīng)歷下面2個(gè)步驟：1.首先，線程A把本地內(nèi)存A中的共享變量副本中的值刷新到主內(nèi)存中去。2.

然后，線程B到主內(nèi)存中去讀取線程A更新之后的值，這樣線程A中的變量值就到了線程B中。我們來看一個(gè)體的例子來加深一下解，看下面這張圖：圖片來源網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在線程需和程B通信，我們已知線程之間通信的兩部曲了假初始時(shí)，這三個(gè)存中的x值都為0。線程在行時(shí)，把更新后的x值（假設(shè)值為）臨時(shí)放在自己的本地內(nèi)存A中。當(dāng)線A和線程B需要通信時(shí)，線程首會(huì)自己本地內(nèi)存中修改后x值刷新到主內(nèi)存中，此時(shí)內(nèi)存中的x值變?yōu)榱?后程B到內(nèi)存中去讀線程A更新后的x值時(shí)線程B的本地內(nèi)存的x值也變?yōu)榱?，這樣完成了一次通信。JMM通過控主內(nèi)存與每個(gè)線程的本內(nèi)存之間的交，來為Java程序員提供內(nèi)存可見性保Java內(nèi)模型除了定義了一套范還提供了一系列原語封裝了底層實(shí)現(xiàn)后供開發(fā)者直接使用。套實(shí)現(xiàn)也就是我們常用、、

等。Happens-Before內(nèi)存模Happens-Before內(nèi)存模型或許叫做Happens-Before原更合適，在《JSR133：Java內(nèi)存模型與程規(guī)范》中Happens-Before內(nèi)存模型被定成Java內(nèi)存模型近似型原則要說明的是于可見性的一組偏序關(guān)。為了方便程序開發(fā)，將底層的繁瑣節(jié)屏蔽掉，Java內(nèi)存模型定義了Happens-Before原則我們理解了Happens-Before原了JVM底層的內(nèi)存操作就可以解決在并發(fā)編中遇到的變量可見性問。JVM定義的Happens-Before原則是一組偏序關(guān)系：于個(gè)作AB，兩操作以在同線程執(zhí)。如Happens-BeforeB，么以保，A操作行后A操作執(zhí)結(jié)對(duì)B操是見的。Happens-Before原則一共包括8條面?zhèn)円黄鸷唵蔚膶W(xué)習(xí)一下8條規(guī)則。1程序順序規(guī)

這條規(guī)則是指一個(gè)線程中，按照程順序，前面的操作Happens-Before于后續(xù)的任意操作。一條規(guī)則還是非常好解的，看下面這一段代class12345

int;int;publicrun(){y=x=}}第四行代碼要Happens-Before于第五行代，也就是按照代碼的順來。2鎖定規(guī)則這條規(guī)則是指一個(gè)鎖的解鎖Happens-Before于后續(xù)對(duì)這個(gè)鎖的加鎖例下面的代碼，在進(jìn)同步塊之前，會(huì)自動(dòng)鎖，而在代碼塊執(zhí)行完自動(dòng)釋放鎖，鎖以及釋放鎖都編譯器幫我們實(shí)現(xiàn)的synchronized){////xifthis.x<12{this.x=;}}對(duì)于鎖定規(guī)則以這樣理解：假設(shè)x的初始值是10，線執(zhí)行完代碼塊后x的值會(huì)變成12（執(zhí)行完自動(dòng)釋放鎖程B進(jìn)代碼塊時(shí)夠看到線程對(duì)x的寫操作，也就是線B能看到。3volatile變量規(guī)這條規(guī)則是指一個(gè)volatile變的寫操作及這個(gè)寫操作之的有操作Happens-Before對(duì)這個(gè)變量的讀操作及這個(gè)讀操作之后的所有作。4線程啟動(dòng)規(guī)這條規(guī)則是指線程A啟動(dòng)子線程B后，子線B能夠看到線程在啟動(dòng)子線程前操。

publicDemo{privatestaticintcount0;publicstaticvoidmain(String[]throwsInterruptedExceptionThread=Thread((){System.out.println(count);});count;t1.start();}}子線程t1能夠看見主線程對(duì)count變量的修改，所以在線程打出來的是12。也就是線程啟動(dòng)規(guī)則5線程結(jié)束規(guī)這條是關(guān)于線等待的。它是指主線A等待子線程B完（主線程通調(diào)用子線程的join()方法實(shí)現(xiàn)），當(dāng)線程B完成后（主線程中join()方法返回），主線能夠看到子線程的操。當(dāng)然所謂“看到”，指是對(duì)共享變量的操作。publicDemo{privatestaticintcount0;publicstaticvoidmain(String[]throwsInterruptedExceptionThread=Thread((){//count12;});t1.start();t1.join();//mian線程以到t1System.out.println(count);}}6中斷規(guī)則一個(gè)線程在另個(gè)線程上調(diào)用interrupt，Happens-Before被斷線程檢測(cè)到interrupt被調(diào)用。publicDemo{privatestaticintcount0;publicstaticvoidmain(String[]throwsInterruptedExceptionThread=Thread((){

//斷System.out.println(count);});t1.start();count;//errupt();}}mian線程中調(diào)用t1線的interrupt()方法mian對(duì)count的修改對(duì)t1線程是可見的。7終結(jié)器規(guī)則一