Java内存模型

Java内存模型（JMM）

描述

通过JMM可以屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果，即定义了程序中共享内存变量的访问规则、底层细节。同时，Java线程之间的通信也是由JMM来控制完成的。JMM规定所有的共享变量（实例字段、静态字段、数组）都是存储在主内存当中的，但是每个线程还有自己的工作内存，工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存的副本。线程对变量的所有操作都是在工作内存中进行的，而不能对主内存中的数据进行操作。同时，不同线程线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程之间的变量值传递必须通过需要通过主内存来完成。

JMM定义了8个原子的、不可再分的操作来完成工作内存和主内存之间的数据交换：

以及相应的规则：

happens-before

我们可以使用happens-before原则来判断在并发环境中两个操作之间是否安全，是否具有原子性、可见性、顺序性方面的问题（只要不改变程序运行的结果，JMM允许编译器和处理器进行任何优化），进而使用相应的手段来解决，而不用通过JMM的规则去判断。

如果A happens-before B，则A操作的执行结果将对B操作可见，但是并不意味着必须按照A先于B的顺序来执行，如果重排序后执行结果与按照happens-before关系来执行的结果一致，则JMM允许这种重排序。

as-if-serial

不管（编译器和处理器）怎么重排序，单线程程序的执行结果都不能改变。为了遵守as-if-serial语义，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。

• as-if-serial语义保证了单线程内程序的执行结果不会被改变，happens-before关系保证了同步正确的多线程程序的执行结果不会被改变。
• as-if-serial语义给编写单线程程序的人创造了一个幻境：单线程程序是按程序的顺序来执行的，happens-before关系给编写正确同步的多线程程序的人创造了一个幻境：正确同步的多线程程序是按照happens-before指定顺序来执行的。但是事实上，编译器和处理器为了提高并行度会进行各种优化和重排序。

volatile

• 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存中的共享变量刷新到主内存。
• 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存置为无效，然后去主内存中读取共享变量。

锁

• 当线程释放锁时，JMM会把该线程对应的工作内存中的变量刷新到主内存当中。
• 当线程获取锁时，JMM会把该线程对应的工作内存置为无效，从而使得必须从主内存中读取共享变量。

注：volatile写和锁的释放、volatile读和锁的获取有相同的内存语义和内存效果。

final

• 编译器会在final域写之后，构造函数return前，插入一个StoreStore屏障，禁止处理器把final域的写重排序到构造函数外。
• 编译器会在读final域操作之前加一个LoadLoad屏障，禁止处理器将初次读对象引用与初次读该对象包含的final域重排序。

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