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說到JMM大家一定很陌生，被我們所熟知的一定是jvm虛擬機(jī)，而我們今天講的JMM和JVM虛擬機(jī)沒有半毛錢關(guān)系，千萬不要把JMM的任何事情聯(lián)想到JVM，把JMM當(dāng)做一個(gè)完全新的事物去理解和認(rèn)識。
我們先看一下計(jì)算機(jī)的理論模型，也是馮諾依曼計(jì)算機(jī)模型，先來張圖。
其實(shí)我們更關(guān)注與計(jì)算機(jī)的內(nèi)部CPU的計(jì)算和內(nèi)存之間的關(guān)系。我們在來深入的看一下是如何計(jì)算的。
我們來看一下這個(gè)玩意的處理流程啊，當(dāng)我們的數(shù)據(jù)和方法加載的內(nèi)存區(qū)，需要處理時(shí)，內(nèi)存將數(shù)據(jù)和方法傳遞到CPU的L3->L2->L1然后再進(jìn)入到CPU進(jìn)行計(jì)算，然后再由L1->L2->L3->再返回到主內(nèi)存中，但是我們的科技反展的很快的，現(xiàn)在貌似沒有單核的CPU了吧，什么8核16核的CPU隨處可見，我們這里只的CPU只是CPU的一個(gè)核來計(jì)算這些玩意。假設(shè)我們的方法是f(x) = x + 1，我們?nèi)雲(yún)⑹?，期望得到結(jié)果是2，1+1=2，我計(jì)算的沒錯(cuò)吧。如果我們兩個(gè)核同時(shí)執(zhí)行該方法呢？我們的CPU2反應(yīng)稍微慢了一點(diǎn)呢？假如當(dāng)我們的內(nèi)存再向CPU2發(fā)送參數(shù)時(shí)，可能CPU1已經(jīng)計(jì)算完成并且已經(jīng)返回了。這時(shí)CPU2取得的參數(shù)就是2，這時(shí)再進(jìn)行計(jì)算就是2+1了。結(jié)果并不是我們期望的結(jié)果。這其實(shí)就是數(shù)據(jù)未同步造成的。我們應(yīng)該想盡我們的辦法去同步一下數(shù)據(jù)。
我們中間加了一層緩存一致性協(xié)議。也就是我們的MESI，在多處理器系統(tǒng)中，每個(gè)處理器都有自己的高速緩存，而它們的又共享同一個(gè)主內(nèi)存
我來簡單說一下，我們的MESI是咋回事，是怎么做到緩存一致性的。英語不好，我就不誤解大家解釋MESI是什么單詞的縮寫了（是不是縮寫我也不知道，但是我知道工作原理）。
我們還是從內(nèi)存到CPU的這條線路，這時(shí)我們多了一個(gè)MESI，當(dāng)變量X被共同讀取時(shí)，CPU1和CPU2是共享一個(gè)X變量，但是分別存在CPU1和2內(nèi)，也就是我們X(S)的狀態(tài)。然后CPU1和2一起準(zhǔn)備要計(jì)算了。
然后1和2一定會有一個(gè)厲害的。比如1得到了勝利，這時(shí)CPU1里的X(S)變?yōu)閄(E)由共享狀態(tài)變?yōu)楠?dú)享狀態(tài)，并且告訴CPU2把X(S)變?yōu)閄(I)的狀態(tài)，由共享狀態(tài)變?yōu)槭顟B(tài)。然后CPU1就可以計(jì)算了。計(jì)算完成，
又將X(S)變?yōu)閄(M)的狀態(tài)，由獨(dú)享狀態(tài)變?yōu)榱诵薷牡臓顟B(tài)。
M: 被修改（Modified)
該緩存行只被緩存在該CPU的緩存中，并且是被修改過的（dirty),即與主存中的數(shù)據(jù)不一致，該緩存行中的內(nèi)存需要在未來的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)（允許其它CPU讀取請主存中相應(yīng)內(nèi)存之前）寫回（write back）主存。
當(dāng)被寫回主存之后，該緩存行的狀態(tài)會變成獨(dú)享（exclusive)狀態(tài)。
E: 獨(dú)享的（Exclusive)
該緩存行只被緩存在該CPU的緩存中，它是未被修改過的（clean)，與主存中數(shù)據(jù)一致。該狀態(tài)可以在任何時(shí)刻當(dāng)有其它CPU讀取該內(nèi)存時(shí)變成共享狀態(tài)（shared)。
同樣地，當(dāng)CPU修改該緩存行中內(nèi)容時(shí)，該狀態(tài)可以變成Modified狀態(tài)。
S: 共享的（Shared)
該狀態(tài)意味著該緩存行可能被多個(gè)CPU緩存，并且各個(gè)緩存中的數(shù)據(jù)與主存數(shù)據(jù)一致（clean)，當(dāng)有一個(gè)CPU修改該緩存行中，其它CPU中該緩存行可以被作廢（變成無效狀態(tài)（Invalid））。
I: 無效的（Invalid）
說到這也就是是我們JMM的內(nèi)存模型的工作機(jī)制了。所以說JMM是一個(gè)虛擬的，和JVM一點(diǎn)關(guān)系都沒有的。切記不要混淆。
這里也有三個(gè)重要的知識點(diǎn)。
JVM 內(nèi)存模型(JMM) 三大特性
原子性：指一個(gè)操作是不可中斷的，即使是多個(gè)線程一起執(zhí)行的時(shí)候，一個(gè)操作一旦開始，就不會被其他線程干擾
比如，對于一個(gè)靜態(tài)全局變量int i，兩個(gè)線程同時(shí)對它賦值，線程A 給他賦值 1，線程 B 給它賦值為 -1,。那么不管這兩個(gè)線程以何種方式，何種步調(diào)工作，i的值要么是1，要么是-1，線程A和線程B之間是沒有干擾的。這就是原子性的一個(gè)特點(diǎn)，不可被中斷
可見性：指當(dāng)一個(gè)線程修改了某一個(gè)共享變量的值，其他線程是否能夠立即知道這個(gè)修改。顯然，對于串行程序來說，可見性問題 是不存在。因?yàn)槟阍谌魏我粋€(gè)操作步驟中修改某個(gè)變量，那么在后續(xù)的步驟中，讀取這個(gè)變量的值，一定是修改后的新值。但是這個(gè)問題在并行程序中就不見得了。如果一個(gè)線程修改了某一個(gè)全局變量，那么其他線程未必可以馬上知道這個(gè)改動。
有序性：對于一個(gè)線程的執(zhí)行代碼而言，我們總是習(xí)慣地認(rèn)為代碼的執(zhí)行時(shí)從先往后，依次執(zhí)行的。這樣的理解也不能說完全錯(cuò)誤，因?yàn)榫鸵粋€(gè)線程而言，確實(shí)會這樣。但是在并發(fā)時(shí)，程序的執(zhí)行可能就會出現(xiàn)亂序。給人直觀的感覺就是：寫在前面的代碼，會在后面執(zhí)行。有序性問題的原因是因?yàn)槌绦蛟趫?zhí)行時(shí)，可能會進(jìn)行指令重排，重排后的指令與原指令的順序未必一致（指令重排后面會說）。
我們來看一下volatile關(guān)鍵字
先看一段代碼吧，不上代碼，總覺得是自己沒練習(xí)到位。
- private static int counter = 0;
- public static void main(String[] args) {
- for (int i = 0; i < 10; i++) {
- Thread thread = new Thread(()->{
- for (int j = 0; j < 1000; j++) {
- counter++; //不是一個(gè)原子操作,第一輪循環(huán)結(jié)果是沒有刷入主存，這一輪循環(huán)已經(jīng)無效
- }
- });
- thread.start();
- }
- try {
- Thread.sleep(1000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println(counter);
- }
按照J(rèn)MM的思想流程來解讀一下這段代碼，我們先創(chuàng)建10個(gè)線程。我們這里叫做T1，T2，T3...T100。然后分別去拿counter這個(gè)數(shù)字，然后疊加1，循環(huán)1000-counter次。當(dāng)T1拿到counter，開始計(jì)算，假如，我們計(jì)算到第50次時(shí)，這時(shí)線程T2，也開始要拿counter這個(gè)數(shù)字，這時(shí)得到的counter數(shù)字為50，則T2就要循環(huán)950次，最后我們計(jì)算得到的counter就是9950。也就是說，內(nèi)部是沒有內(nèi)存一致性協(xié)議的。所以我們的輸出一定是<=10000的數(shù)字。
我們來嘗試改一下代碼，使用一下我們的volatile關(guān)鍵字。
- private static volatile int counter = 0;
- public static void main(String[] args) {
- for (int i = 0; i < 10; i++) {
- Thread thread = new Thread(()->{
- for (int j = 0; j < 1000; j++) {
- counter++; //不是一個(gè)原子操作,第一輪循環(huán)結(jié)果是沒有刷入主存，這一輪循環(huán)已經(jīng)無效
- }
- });
- thread.start();
- }
- try {
- Thread.sleep(1000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println(counter);
- }
這時(shí)我們加入了volatile關(guān)鍵字，我們經(jīng)過多次運(yùn)行會發(fā)現(xiàn)，每次結(jié)果都為10000，也就是說每次都是我們期待的結(jié)果，volatile可以保證線程可見性且提供了一定的有序性，但是無法保證原子性。在JVM底層volatile是采用“內(nèi)存屏障”來實(shí)現(xiàn)的。
也就是我們加入了volatile關(guān)鍵字時(shí)，java代碼運(yùn)行過程中，會強(qiáng)制給予一層內(nèi)存一致性的屏障，做到了，我們計(jì)算直接不會相互影響，得到我們預(yù)期的結(jié)果。
1、可見性實(shí)現(xiàn)：
在前文中已經(jīng)提及過，線程本身并不直接與主內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，而是通過線程的工作內(nèi)存來完成相應(yīng)的操作。這也是導(dǎo)致線程間數(shù)據(jù)不可見的本質(zhì)原因。因此要實(shí)現(xiàn)volatile變量的可見性，直接從這方面入手即可。對volatile變量的寫操作與普通變量的主要區(qū)別有兩點(diǎn)：
（1）修改volatile變量時(shí)會強(qiáng)制將修改后的值刷新的主內(nèi)存中。
?。?）修改volatile變量后會導(dǎo)致其他線程工作內(nèi)存中對應(yīng)的變量值失效。因此，再讀取該變量值的時(shí)候就需要重新從讀取主內(nèi)存中的值。相當(dāng)于上文說到的從S->E，另一個(gè)線程從S->I的過程。
通過這兩個(gè)操作，就可以解決volatile變量的可見性問題。
2、內(nèi)存屏障
為了實(shí)現(xiàn)volatile可見性和happen-befor的語義。JVM底層是通過一個(gè)叫做“內(nèi)存屏障”的東西來完成。內(nèi)存屏障，也叫做內(nèi)存柵欄，是一組處理器指令，用于實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存操作的順序限制。下面是完成上述規(guī)則所要求的內(nèi)存屏障：
| Required barriers | 2nd operation | |||
| 1st operation | Normal Load | Normal Store | Volatile Load | Volatile Store |
| Normal Load | LoadStore | |||
| Normal Store | StoreStore | |||
| Volatile Load | LoadLoad | LoadStore | LoadLoad | LoadStore |
| Volatile Store | StoreLoad | StoreStore | ||
（1）LoadLoad 屏障
執(zhí)行順序：Load1—>Loadload—>Load2
確保Load2及后續(xù)Load指令加載數(shù)據(jù)之前能訪問到Load1加載的數(shù)據(jù)。
（2）StoreStore 屏障
執(zhí)行順序：Store1—>StoreStore—>Store2
確保Store2以及后續(xù)Store指令執(zhí)行前，Store1操作的數(shù)據(jù)對其它處理器可見。
（3）LoadStore 屏障
執(zhí)行順序：Load1—>LoadStore—>Store2
確保Store2和后續(xù)Store指令執(zhí)行前，可以訪問到Load1加載的數(shù)據(jù)。
（4）StoreLoad 屏障
執(zhí)行順序: Store1—> StoreLoad—>Load2
確保Load2和后續(xù)的Load指令讀取之前，Store1的數(shù)據(jù)對其他處理器是可見的。
總體上來說volatile的理解還是比較困難的，如果不是特別理解，也不用急，完全理解需要一個(gè)過程，在后續(xù)的文章中也還會多次看到volatile的使用場景。這里暫且對volatile的基礎(chǔ)知識和原來有一個(gè)基本的了解?？傮w來說，volatile是并發(fā)編程中的一種優(yōu)化，在某些場景下可以代替Synchronized。但是，volatile的不能完全取代Synchronized的位置，只有在一些特殊的場景下，才能適用volatile?？偟膩碚f，必須同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件才能保證在并發(fā)環(huán)境的線程安全：
?。?）對變量的寫操作不依賴于當(dāng)前值。
?。?）該變量沒有包含在具有其他變量的不變式中。
參考地址：https://www.cnblogs.com/paddix/p/5428507.html
JMM-同步八種操作介紹
(1)lock(鎖定):作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量標(biāo)記為一條線程獨(dú)占狀態(tài)
(2)unlock(解鎖):作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來，釋放后的 變量才可以被其他線程鎖定
(3)read(讀取):作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中， 以便隨后的load動作使用
(4)load(載入):作用于工作內(nèi)存的變量，它把read操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作 內(nèi)存的變量副本中
(5)use(使用):作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量值傳遞給執(zhí)行引擎
(6)assign(賦值):作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內(nèi)存 的變量
(7)store(存儲):作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中， 以便隨后的write的操作
(8)write(寫入):作用于工作內(nèi)存的變量，它把store操作從工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送 到主內(nèi)存的變量中
流程圖大致是這樣的：
分享名稱：Java架構(gòu)之路（多線程）JMM和volatile關(guān)鍵字
分享路徑：http://m.fisionsoft.com.cn/article/cdogpie.html
