JMM（Java内存模型）

最新推荐文章于 2025-11-27 10:55:11 发布
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#java #多线程

本文深入探讨了Java并发内存模型中的happens-before原则，解释了计算机缓存模型与缓存行对并发的影响，包括伪共享问题。通过MESI缓存锁机制和总线锁来解决一致性问题，并介绍了内存屏障在硬件级别的应用，如sfence、lfence和mfence指令。此外，详细阐述了volatile的实现细节，包括字节码、JVM层面以及OS和硬件层面。最后，讨论了synchronized的同步机制，从字节码到JVM再到硬件层面的实现。

Java并发内存模型

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hanppens-before原则

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-I7fUAeQ6-1621152804269)(https://note.youdao.com/yws/res/4994/F2ED0B7E169B40989FF0A279F4574C4B)]

计算机缓存模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Z1y1RXVd-1621152804271)(https://note.youdao.com/yws/res/4881/CE2BE29FBEE34FFC8BFB0CF5B9361D3C)]

缓存行及伪共享

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YR0ukOk3-1621152804274)(https://note.youdao.com/yws/res/4883/10BC919542084645990F86010EF5C034)]

基于计算机的缓存模型，计算机认为相邻的数据大概率在计算时一起被用到，为了提高效率，CPU从L3读取数据到工作内存（L2）时，默认读取64bytes的数据，会将多个数据值读到工作内存，由此引发缓存一致性问题（两个CPU均读取相同的64kb数据，其中一个CPU修改x数据，另一个CPU修改y数据，两个CPU的工作内存数据需要同步）。

解决缓存一致性问题的方案，现在CPU的数据一致性实现=缓存锁+总线锁

  • 总线锁
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  • MESI-缓存锁（inter）
    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rrXqikCF-1621152804276)(https://note.youdao.com/yws/res/4907/B4C2FB19C4A14385BB096AECA62E7558)]

使用缓存行对齐可以提高并发效率，解决伪共享
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kV3htUEt-1621152804277)(https://note.youdao.com/yws/res/4919/E531B7F89EFC429A82208068103A82F6)]

代码执行时乱序问题

  • CPU为了提高指令执行效率，会在一条指令执行过程中（比如去内存读取数据（慢100倍）），去同时执行另一条指令，前提是，两条指令没有依赖关系。
  • CPU的写操作也可以合并（合并写技术），进而也可能指令重排

如何保证特定情况下不乱序

硬件级别如何保证（CPU级别的内存屏障X86）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZF00KULN-1621152804278)(https://note.youdao.com/yws/res/4940/40CA828BBE6D4B2C82C95D19CE5117DA)]

  • sfence: store| 在sfence指令前的写操作当必须在sfence指令后的写操作前完成。
  • lfence：load | 在lfence指令前的读操作当必须在lfence指令后的读操作前完成。
  • mfence：modify/mix | 在mfence指令前的读写操作当必须在mfence指令后的读写操作前完成。
  • 原子指令，如x86上的”lock …” 指令是一个Full Barrier，执行时会锁住内存子系统来确保执行顺序，甚至跨多个CPU。Software Locks通常使用了内存屏障或原子指令来实现变量可见性和保持程序顺序

JVM级别如何规范（JSR133）

LoadLoad屏障：
对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，

在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。

StoreStore屏障：

对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，

在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。

LoadStore屏障：

对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，

在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。

StoreLoad屏障：
对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2，

​ 在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。

volatile的实现细节

  1. 字节码层面
    ACC_VOLATILE

  2. JVM层面
    volatile内存区的读写 都加屏障

    StoreStoreBarrier

    volatile 写操作

    StoreLoadBarrier

    LoadLoadBarrier

    volatile 读操作

    LoadStoreBarrier

  3. OS和硬件层面
    https://blog.youkuaiyun.com/qq_26222859/article/details/52235930
    hsdis - HotSpot Dis Assembler
    windows lock 指令实现 | MESI实现

synchronized实现细节

  1. 字节码层面
    1. 同步方法：ACC_SYNCHRONIZED
    2. 同步语句块：monitorenter monitorexit
  2. JVM层面
    C C++ 调用了操作系统提供的同步机制
  3. OS和硬件层面
    X86 : lock cmpxchg / xxx
    https😕/blog.youkuaiyun.com/21aspnet/article/details/88571740
重温jvm中的happen-before
everlasting_188-java从业者
02-23 1041
jvm中happen-before的8条规则总结性解析
jvm的happens-before原则
tangyongzhe的专栏
01-02 1832
提到并发，通常首先想到是锁，其实对共享资源的互斥操作是一方面，在java中还有一方面是内存的可见性和顺序化，了解JMM的同学可能会更清楚些，内存可见性和顺序性同样非常重要，在这里简单提一下JMM模型，首先介绍一下SMP（对称多处理结构）如下图： 在计算机中缓存到处可见，我们知道cpu的运算速度非常快，而从内存、甚至磁盘的读取速度则相对慢了几个数量级，所以缓存起到的是一个缓冲的作用，提高c
JVM-- Happens-before（先行发生原则）
月芽之上的专栏
05-28 705
happens-before的定义 先行发生是Java内存模型中定义的两项操作数之间饿的偏序关旭，如果操作A先行发生于操作B，其实就是在发生操作B之前，操作A产生的影响能被操作B观察到，“影响”包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了方法等。 先行发生是判断是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，依据这个原则，我们可以通过几条规则一揽子解决并发环境下两个操作之间是否可能存在冲突的所有问题。 特性 程序顺序性规则 一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作。简单来
JVM Happens-Before 先行发生原则
the Blog of Forward
12-27 305
JVM先行发生原则 如果Java内存模型中所有的有序性都仅靠volatile和synchronized来完成， 那么有很多操作都将会变得非常啰嗦， 但是我们在编写Java并发代码的时候并没有察觉到这一点， 这是因为Java语言中有一个“先行发生”（Happens-Before） 的原则。 这个原则非常重要， 它是判断数据是否存在竞争， 线程是否安全的非常有用的手段。 依赖这个原则， 我们可以通过几条简单规则一揽子解决并发环境下两个操作之间是否可能存在冲突的所有问题， 而不需要陷入Java内存模型苦涩难懂的定
java并发编程之happens-before原则，先行发生原则
haoshaoxing的专栏
10-12 412
下文为自己学习笔记。 关键词理解： JMM:java memory model java内存模型 int a=1;//A int b=3;//B int c=a*b;//C 在上边这段代码中,有A\B\C个语句 C依赖于A、B两个语句，所以Ahappens-before于C，Bhappens-before于C，但是A和B之间没有依赖关系，先执行A或者先执行B对程序结果没有影响。 总结...
Java 内存模型 JMM
26857259
05-10 1499
Java 内存模型 JMM
JMM(Java内存模型)详解
落日的博客
07-03 3968
为了对上面的问题进行更深入的探究，我有查了一些JIT相关的资料。简单总结下JIT然后再对上面的问题分析下。JIT（Just-In-Time）编译器是Java虚拟机（JVM）中的一个关键组件，它负责在程序运行过程中动态地将字节码（即Java编译后的.class文件中的代码）转换为特定于平台的机器代码。这一过程旨在提高程序的执行效率，因为它能够针对运行时的数据和实际使用模式进行优化，而不仅仅是基于静态代码分析。JIT工作原理加载与解释执行：当Java程序启动时，JVM首先加载类文件并由解释器执行字节码。
JUC JMM Java 内存模型
这个需求，做不了
12-28 1055
（就是存储在堆内存的变量：如 对象的字段、static 静态变量等都是多线程共享），数据就从内存向上，先到 L3，再到 L2，再到 L1，最后到寄存器进行 CPU 计算。如我们在 JMM 可见性中的示例，volatile 关键字可解决可见性问题，用于保证某个共享变量被某个线程操作后，其操作后的结果对其他线程立即可见（重新从主内存获取更新后的值到副本），我们在上面的 JMM 可见性中的示例就是 volatile 保证可见性的一个示例。是指同一个操作不可打断，在多线程情况下，操作不能被其他线程锁干扰。
JMM java内存模型
MpenggegeM的博客
03-14 1106
java内存模型 即 java memory model，它定义了主存、工作内存抽象概念，底层对应着 CPU 寄存器、缓存、硬件内存、CPU 指令优化等。 JMM 体现在以下几个方面： 原子性 - 保证指令不会受到线程上下文切换的影响 可见性 - 保证指令不会受 cpu 缓存的影响 有序性 - 保证指令不会受 cpu 指令并行优化的影响 可见性 当jit编译器频繁从主存中读得共享变量时，会将共享变量的值缓存到工作内存中。直接从工作内存中读取，提升效率。而主存中的值改变了，也不管，失掉了可见性。 解决
精选资源
Java内存模型详解JMM.docx
05-03
Java内存模型详解JMM Java内存模型（Java Memory Model，JMM）是Java虚拟机（JVM）中的一种内存模型，它描述了程序中各个变量之间的关系，以及在实际计算机系统中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节...
Java 中的内存模型：如何理解 JMM（Java Memory Model）
shrgegrb的博客
03-21 1086
happens-before 原则用于描述两个操作之间的内存可见性。如果一个操作 happens-before 另一个操作，那么前一个操作的执行结果将对后一个操作可见，并且前一个操作的执行顺序排在后一个操作之前。它允许编译器和处理器在不改变程序执行结果的前提下进行重排序优化，但禁止会改变程序执行结果的重排序。理解 Java 内存模型（JMM）对于开发高性能、线程安全的 Java 应用至关重要。
Java面试要点76 - Java内存模型：JMM详解
程序媛学姐的博客
12-13 1385
Java内存模型是Java并发编程的基础，它通过定义线程和主内存之间的交互规则，保证了Java程序在不同平台上的一致性。理解JMM的核心概念、内存交互操作、重排序规则以及happens-before关系，对于正确使用volatile和synchronized等同步机制至关重要。在实际开发中，我们需要根据具体场景选择合适的同步机制，在保证程序正确性的同时兼顾性能。同时要注意，过度使用同步机制可能会影响程序的性能，因此需要在安全性和性能之间找到平衡点。
JMM Java内存模型
u014474768的博客
03-29 449
多线程之间要配合，谁先谁后要互相让其他线程感知，要遵守Happens-Before，才能满足多线程之间的可见性。否则就不能对另一个操作可见或者禁止代码重排序。
Java内存模型(Java Memory Model，JMM)
2401_83817171的博客
04-17 726
关于面试刷题也是有方法可言的，建议最好是按照专题来进行，然后由基础到高级，由浅入深来，效果会更好。Java基础部分算法与编程数据库部分流行的框架与新技术（Spring+SpringCloud+SpringCloudAlibaba）这份面试文档当然不止这些内容，实际上像JVM、设计模式、ZK、MQ、数据结构等其他部分的面试内容均有涉及，因为文章篇幅，就不全部在这里阐述了。
java多线程初步-原子性可见性hanppens-before原则
宋三丝的专栏
08-31 3552
在看《how works tomcat》时穿插看了《Java多线程并发编程实现》，现在俩本书都渐入尾声... 《Java多线程并发编程实现》觉得理解的还不够，准备看第二遍，然后再看看《java并发编程：设计原则与模式》..《how works tomcat》准备结合源码,尝试编写简单的web服务器，这个周期会很长，给自己定的半年的时间吧.. 分享下看书的心得把，我觉得写博客是很好的学习方式，不
MyBatis + PageHelper 分页内幕，PageHelper 是如何动态构建 LIMIT 分页 SQL 的
日常笔记 | 干货分享 | 毕设源码 | 毕设指导 | 答辩指导
11-26 557
若依系统中有很多的表格数据、后端接口实体中并没有看到有接收分页大小和页码的属性，在系统的mapper层面SQL语句中并没有看到对应的分页限制。它是如何实现这个分页效果的呢？是将所有的数据查询出来，然后再分页吗？这样效率岂不是非常低。带着这样的疑问，稍微研究了一下这个系统的分页方法。更多详细文章后端是通过从 HttpServletRequest 对象中获取分页的页码和大小，然后创建Page分页对象，在执行sql查询的时候，动态构建分页限制条件。从而实现分页，并不是在查询到所有数据之后再进行的分页处理。
Java原生网络编程-BIO与NIO
照母山挖洋芋
11-24 846
摘要：本文对比了Java原生JDK中的BIO(阻塞I/O)和NIO(非阻塞I/O)网络编程模型。BIO采用"一连接一线程"模式，存在线程资源浪费和性能瓶颈问题，可通过线程池优化为伪异步I/O模型。NIO通过Selector、Channel和Buffer三大核心组件实现非阻塞通信，支持单线程管理多个通道。重点介绍了NIO的Reactor模式、事件类型(OP_READ/OP_WRITE等)及服务端/客户端的不同关注点，展示了NIO相比BIO在高并发场景下的优势。（149字）
Springboot | Spring Boot 3 纯 JDBC 实现宠物管理系统增删改查（无 ORM 框架）
张较瘦
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本文介绍了基于Spring Boot 3和纯JDBC实现的宠物管理系统CRUD操作。通过原生JDBC方式，不使用任何ORM框架，帮助开发者深入理解底层数据库操作原理。文章详细说明了环境准备（JDK17+、Spring Boot 3.2.x、MySQL 8.0）、项目依赖配置、数据库连接设置以及表结构创建。核心实现包括：Pet实体类定义（包含id、name、breed和age字段）以及PetService服务层，利用JdbcTemplate封装增删改查操作，重点演示了如何通过PreparedStatement
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2509_94200968的博客
11-27 160
选择哪种方法取决于具体需求和架构。在我的场景中，使用了Spring MVC的重定向。但如果需要一个长期的解决方案，需要考虑前端同步更新，避免不必要的重定向的开销。或者使用反向代理或者Spring Cloud Gateway。愿你我都能在各自的领域里不断成长，勇敢追求梦想，同时也保持对世界的好奇与善意！
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"深入理解Java内存模型JMM以及其在并发编程中的作用" Java内存模型（JMM，Java Memory Model）是Java语言为了确保在不同硬件和操作系统环境下具有统一的内存访问行为而设计的一种抽象概念。它规定了线程如何与主...
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