一、JMM中的主内存和工作内存

​ Java内存模型（即Java Memory Model，简称JMM）本身是一种抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括字段、静态字段、和构成数组对象元素）的访问方式。

​ 所有的变量都存储在主内存中，每个线程还有自己的工作内存，工作内存存储在告诉缓存或者寄存器中，保存了该线程使用的变量从主内存副本拷贝。

​ 线程只能直接操作工作内存中的变量，不同线程之间的变量传递需要通过主内存来完成。

JMM中的主内存：

  • 存储Java实例对象
  • 包括成员变量、类信息、常量、静态变量
  • 属于数据共享的区域，多线程并发操作会引发线程安全问题

JMM中的工作内存：

  • 存储当前方法的所有本地变量信息，本地变量对其他线程不可见
  • 字节码行号指示器、Native方法等
  • 属于线程私有区域，不存在线程安全问题

JMM和Java内存区域划分是不同的概念层次

  • JMM描述的是一组规则，围绕原子性、有序性、可见性展开
  • 相似点：存在共享区域和私有区域

主内存与工作内存的数据存储类型以及操作方式归纳

  • 方法里的基本数据类型本地变量将直接存储在工作内存的栈帧结构中
  • 引用类型的本地变量：引用存储在工作内存中，实例存储在主内存中
  • 成员变量、static变量、类信息存储在主内存中
  • 主内存共享的方式是线程各拷贝一份数据到工作内存，操作完成后刷新到主内存

二、内存模型的三大特性

  1. 原子性

    Java 内存模型保证了 read、load、use、assign、store、write、lock 和 unlock 操作具有原子性，例如对一个 int 类型的变量执行 assign 赋值操作，这个操作就是原子性的。但是 Java 内存模型允许虚拟机将没有被 volatile 修饰的 64 位数据（long，double）的读写操作划分为两次 32 位的操作来进行，即 load、store、read 和 write 操作可以不具备原子性。

  2. 可见性

    可见性指当一个线程修改了共享变量的值，其它线程能够立即得知这个修改。Java 内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存，在变量读取前从主内存刷新变量值来实现可见性的。

​ 主要有三种实现可见性的方式：

  • volatile

  • synchronized，对一个变量执行 unlock 操作之前，必须把变量值同步回主内存。

  • final，被 final 关键字修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且没有发生 this 逃逸（其它线程通过 this 引用访问到初始化了一半的对象），那么其它线程就能看见 final 字段的值。

    对前面的线程不安全示例中的 cnt 变量使用 volatile 修饰，不能解决线程不安全问题，因为 volatile 并不能保证操作的原子性。

  1. 有序性

    有序性是指：在本线程内观察，所有操作都是有序的。在一个线程观察另一个线程，所有操作都是无序的，无序是因为发生了指令重排序。在 Java 内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

    volatile 关键字通过添加内存屏障的方式来禁止指令重排，即重排序时不能把后面的指令放到内存屏障之前。

    也可以通过 synchronized 来保证有序性，它保证每个时刻只有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码。

三、happen-before原则

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