关于Java内存模型，能扯好多好多、能聊好远吗？

近日，有热心市民质疑“Java内存模型”：线程是否会将需要操作的数据全部加载到内存中

根据《我是傻子》可以看出，当事人丹丹（化名）目前情绪稳定，似乎已经意识到了问题所在

是的，聪明球找到了答案（答案稍后会来）

事件发生后，群内大佬高度重视，立即召开线上会议，成立Java内存模型专家组响应，要求组织迅速妥善处理，迅速查明根本原因问题，立即组织在线问答，并提供进一步指导 努力防止同样的问题再次发生，防止兄弟们得到心仪的offer

一想到很多朋友对Java内存模型还没有理解，吃不饱睡不着，看到黑丝也无动于衷。

然后

用了几天，多发几根毛，试着帮你理解一波~

关于Java内存模型，大家可以多说多说，但不要慌，我们先来梳理一下问题：

正如当事人所说：

线程操作数据时，会将数据从主存复制一份到自己的工作内存中，操作完成后再写回主存。如果数据太大，会不会也被复制到工作内存中呢？

要理解这个问题，首先要研究一下什么是Java内存模型

很多同学会把Java内存模型和JVM内存模型混淆，这是两个完全不同的东西

Java Model：全称Java Model，简称JMM，是一种虚拟机规范，下面会详细介绍；

JVM内存模型：Java的全称，简称JVM，也是一种虚拟机规范，本文不讲jvm；

如果你想开发一个可以运行Java程序的虚拟机，你必须遵循这两个规范（当然，要遵循的规范要多得多）。只有这样，Java程序才能在你的虚拟机上愉快地运行。，我们最常见的 vm 遵循这些规范；

Java内存模型的由来

很长的故事

我会保持简短

问题的根源

这涉及到CPU厂商和内存厂商的发展历史。. .

我们吃鸡路，cpu执行指令时，往往需要操作内存中的数据

为了便于理解，我举个栗子，取i = i + 1

cpu首先从内存中读取i的当前值，加上+1，然后将计算结果写回内存

一开始一切都很好，但是随着技术的发展，CPU执行效率远远超过内存读写效率，所以出现了一个现象

CPU执行+1操作的时间很短，假设只需要1ms，而从内存中读取i并写回内存需要很长时间，假设为10ms

cpu显然只需要1ms，被内存拖到11ms。怎么受得了？

于是，机智的cpu厂想到了一个办法

解决方案

这种方法在《深入理解Java虚拟机》一书中也有提及

简单来说就是在CPU和内存之间增加了一层缓存，也就是我们通常所说的L1、L2、L3缓存。这个缓存一般很小，但是很快，你懂我的意思

注意：知识点来了，一定要把cpu缓存和记忆棒的内存分开

这是记忆棒的内存（可以在系统属性中查看）

这是cpu缓存（任务管理器-性能栏可以查看）

所以现在的操作流程变成了：

cpu会提前将要使用的数据从主存复制到缓存中。cpu在进行计算操作时，会依次从L1、L2、L3缓存中查找，如果需要数据，直接操作，计算完后flush到主存；如果没有，就去主内存找

解决了CPU被内存低效拉取的问题

很长一段时间过去了。. .

CPU厂商推出多核处理器，导致另一个问题：线程安全

多核处理器的每个核心都有自己的缓存（每个CPU架构都不一样，要看CPU厂商是怎么做的。目前市面上的CPU一般都是L1、L2独立，L3共享）

从上面可以看出，我的cpu的L1缓存是384k。这个384k不是六核共享的，而是6*32*2，如下图

现在，架构变成了

（这个图是简化版，实际的架构图比这个复杂很多，那些细节我懒得画了）

那么，现在问题来了，如果不同内核上的线程同时操作相同的数据会发生什么？

让我们假设

核心 a 有线程 t1，核心 b 有线程 t2

开始计算前，内存中i的值为0，两个线程对应的缓存中i的值也为0

在某个时刻，两个线程同时执行 i + 1

t1 执行 i = 1 后，它会写回内存。这时候内存中i的值已经从0变成了1。

在 t2 执行 i = 1 之后，还将 i = 1 写回内存，这会覆盖 t1 写回的新 i 值

本来i应该两次+1后等于2，但实际结果等于1，明白我的意思，并发编程中的数据异常问题大多来自这个

因此，在并发编程中，只要涉及到写操作，就应该保证同步，以获得可靠的最终数据

在这里，我们可以总结一下内存模型

什么是 Java 内存模型

从上面的架构图可以看出，线程需要

如上所述，Java 内存模型是一种协议；如果一个线程要对数据进行操作，需要先从主存中读取到工作内存中，然后在操作完成后将数据写回主存。这看起来很简单，但在这两者之间有许多潜在的技术细节。，例如：

什么时候读？

什么时候会写？

多线程一起读写时如何分配？

那么问题来了，一台服务器上的CPU和内存可能是由不同的厂商提供的。如果它们的底层实现细节不匹配加载配置文件时出错，程序怎么能正常运行呢？每次设计产品时，都与所有制造商开会是不可能的。因此，为了方便和统一，就有了Java内存模型，用于标准化不同硬件和操作系统的内存读写的底层实现。不同之处;

只有屏蔽了这些差异，Java才能编译一次，到处运行

回到最初的起点，你记忆中的绿脸~

现在回答

说到这里，说一下CPU的低级冷知识

指令重排

在并发编程中，除了Java内存模型带来的线程安全问题外，CPU和虚拟机本身也存在类似问题

指令重排在大多数场景下确实可以提高效率，但是有些操作强烈依赖于代码执行的顺序。这时，我们需要关闭指令重排。相信很多朋友已经猜到了。

那就对了

关于，想要完全了解，还得说很多，这里就不多说了，改天再单独写一篇。

一个例子来说明什么是指令重排，以及如何防止它：

这段伪代码摘自《深入理解Java虚拟机》：

其中描述的场景是开发中常见的配置读取过程，但是我们在处理配置文件时一般不会遇到并发，所以我们没有意识到这会是一个问题。

试想一下，如果在定义变量的时候不做任何修改加载配置文件时出错，由于指令重排序的优化，线程A中的最后一段代码“=true”可能会提前执行（虽然这里使用Java作为伪代码，但是排序优化是机器级别的优化操作，提前执行意味着提前执行了这条语句对应的汇编代码），这样线程B中使用配置信息的代码可能会出现错误，关键字可以避免这种情况。发生

好了，我完成了

文章来源:https://www.163.com/dy/article/GTG8DF0P0552BFL9.html

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