JVM⑥Java内存模型（JMM）
Java 内存模型
JMM：Java Memory Model
与内存结构（运行时数据区等）是不同的两个概念
作用：让 Java 程序在所有平台具有一致的内存访问效果（而不受硬件和操作系统影响）
- 让 Java 的并发内存访问操作不会产生歧义。
- JVM 能自由利用硬件的特性，获取更好的执行速度。
主内存与工作内存
JMM 定义了程序中各种变量的访问规则
这里的变量不包括局部变量和方法参数。
主内存：所有变量都存储在主内存。
工作内存：每个线程有自己的工作内存，其中保存了该线程所用变量的主内存副本。
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线程对变量的操作（读取、赋值）只在工作内存中进行，不能直接读写主内存中的数据。
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线程之间也无法直接访问对方工作内存的变量，需要通过主内存来传递。
说明：主内存与工作内存的概念，与运行时数据区中的堆栈等结构，是不同层次的概念。
两个概念之间基本没有任何关系，如果一定要勉强对应
- 主内存：对应堆中的对象实例数据部分
- 工作内存：对应虚拟机栈的部分区域
三大特性
JMM 围绕并发过程中这三个特性来建立：原子性（Atomicity）、可见性（Visibility）、有序性（Ordering）
原子性
举个例子
两个线程，对一个初值为 0 的静态变量，分别作自增和自减，结果是 0 吗？
分析字节码
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getstatic：获取静态变量 i 的值
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iconst_1：从常量池加载一个常量 1
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iadd / isub：加法/减法
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putstatic：将修改后的值，赋值给静态变量 i
// i++ 对应字节码 getstatic i iconst_1 iadd putstatic i // i-- 对应字节码 getstatic i iconst_1 isub putstatic i
结果可能是正数、负数、0。
在多线程情况下，对静态变量 i 的操作不是原子性。
假如 8 行字节码交错执行，就可能出现结果非 0 的情况。
解决方法
同步关键字：synchronized
synchronized(Object) {
// 要求原子性操作的代码
}
可见性
举个例子：退不出的循环
线程 t 由于 run == true 进入循环。
现象：主线程将 run 设为 false，但线程 t 没有退出循环。
static boolean run = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new Thread(()->{
while(run){
// ....
}
});
t.start();
Thread.sleep(1000);
run = false;
}
浅分析一下
- 线程 t 开始时，从主内存中将 run 的值读到工作内存。
- 由于线程对变量的操作只在工作内存中进行，不能直接读写主内存中的数据。
- 主内存中的数据改变，而线程 t 只是读取本地内存中的 run，没有从主内存中再次读取 run 值
解决方法
易变关键字：volatile
- 修饰成员变量和静态成员变量
- 要求线程从主内存中读取变量值，而不是从工作缓存。
注意：synchronized 也可以保证原子性，但效率低。
有序性
举个例子：诡异的结果
两个线程分别执行以下两个方法，问 result 的最终结果？
int result = 0;
int num = 1;
boolean ready = false;
// 线程t1执行
public void m1() {
if(ready) {
// ①
result = num + num;
} else {
// ②
result = 1;
}
}
// 线程t2执行
public void m2() {
// ③
num = 2;
// ④
ready = true;
}
一共有以下三种情况：结果可能是 1 或 4。
-
先进入 m1()：条件假，进入 else 执行 ②
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先进入 m2()：执行③，④还未执行；此时进入 m1()：条件假，执行②
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先进入 m2()：执行③④；再进入 m1()：条件真，执行①
还有一种情况：result == 2
指令重排：运行期优化的策略，JVM 会将容易执行的代码优先执行。
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先进入 m2()：执行④，③未执行
-
此时进入 m1()：条件真，执行①
解决方法
volatile：可以禁用指令重排。
经典应用：——双重检查加锁（double-checked locking）
分析：如果不加 volatile 关键字
分析字节码：instance = new DoubleChecked();
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new：创建对象实例。分配堆内存，将对象引用压入操作数栈
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dup：复制操作数栈的栈顶数据，用于调用初始化（不理解的可以复习）
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invokespecial：初始化
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putstatic：将对象引用赋值给变量 instance。
0: new #2 3: dup 4: invokespecial #3 7: putstatic #4
如果出现指令重排，将 4 和 7 的顺序调换。
导致赋值给 instance 的对象实例尚未初始化（null）。
假设线程 t1 执行方法时发生指令重排，线程 t2 再调用该方法时，判断 instance != null，方法返回一个未完成初始化的 instance 。
到这里，就可以体会到 volatile 关键字的作用了。
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对 JVM 的入门学习暂时告一段落。
复习的时候会对 JVM 进行更系统性的学习，对所有笔记进行补充和改进。