java内存模型之JMM

一、背景

因为存在多级缓存(cpu和物理主内存的速度不一致的)，CPU的运行并不是直接操作内存而是先把内存里边的数据读到缓存，而内存的读和写操作的时候就会造成不一致的问题

Java虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型，来屏蔽掉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。

二、概念

JMM：Java Memory Model，简称JMM。本身是一种抽象的概念，并不真实存在。

它仅仅描述的是一组约定或规范，通过这组规范定义了程序中（尤其是多线程）各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的何时写入以及如何变成对另一个线程可见，关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。

三、JVM规范下的三大特性

1、可见性

是指当一个线程修改了某一个共享变量的值,其他线程是否能够立即知道该变更,JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。

系统主内存共享变量数据修改被写入的时机是不确定的，多线程并发下很可能出现脏读

每个线程都有自己的工作内存，线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取，赋值等）都必需在线程自己的工作内存中进行，而不能够直接读写主内存中的变量

不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成

2、原子性

指一个操作是不可打断的,即多线程环境下,操作不能被其他线程干扰

3、有序性

对于一个线程的执行代码而言，我们总是习惯性认为代码的执行总是从上到下，有序执行。但为了提升性能，编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。

Java规范规定JVM线程内部维持顺序化语义，即只要程序的最终结果与它顺序化执行的结果相等，那么指令的执行顺序可以与代码顺序不一致，此过程叫指令的重排序。

JVM能根据处理器特性（CPU多级缓存系统、多核处理器等）适当的对机器指令进行重排序，使机器指令能更符合CPU的执行特性，最大限度的发挥机器性能。

但是，指令重排可以保证串行语义一致，但没有义务保证多线程间的语义也一致(即可能产生"脏读")

处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性，多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测

四、先行发生原则（happens-before）

如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。

两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着一定要按照happens-before原则制定的顺序来执行。

如果重排序之后的执行结果与按照happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法。