Java 内存模型- Java Memory Model

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

java

　　多线程越来越多的使用，使得我们需要对它的深入理解。那么就涉及到了Java内存模型JMM。JMM是JVM的一部分，JMM定义了一个线程修改了一个共享变量，其他线程什么时候或者如何看到这个变量，如何去访问共享变量。

　　咱们来看一张图（图片手绘的，字写的不好，见谅），JVM里边分为堆和栈，每一个线程都有一个线程栈，用于区分其他线程。

　　每个线程的入口是一个run方法，然后run方法开始调用其他方法。在方法中有两种数据类型，一种是原始类型，一种是引用类型。原始类型如（ boolean, byte, short, char, int, long, float, double），这种其他线程根本看不到，只在线程中使用（存放在线程调用栈中）。另外一种是引用类型，引用类型比如原始类型的对象类型，比如（Boolean,Byte等），线程使用的时候会在堆中生成一个对象，并且将变量对其进行指向。每个线程使用此种变量的时候会自己创建一个变量（副本）并且指向，只有当前线程知道，其他线程看不到。那么引用对象的成员变量又分为基本类型和原始类型，并且一次进行创建副本并且指向。

　　 在方法中用到static对象的实例的需要进行区别对待。因为在堆里边只有一个对象，所有线程对其进行引用。此时不是副本，需要注意。那么如果多线程对其惊醒操作的时候会出现值写的不对的，比如两个线程同时对对象里边的成员变量原始int类型count进行加1，如果count初始化的0的话，可能会出现结果为1的情况。

　　那么如果传过来的参数分为基本类型和引用类型呢？如果为基本类型，那么就是副本，如果是引用类型的话，就是原始对象的副本和副本指向，在这时需要注意，如果改了内存中对象的属相，那么随之这个对象会发生改变，但是对象的指向不会改变。

　　下面咱们通过代码才详细看一下，看之前首先看看图片。

　　

 　　咱们先进行简单的解释，一个对象，里边有两个方法，第一个方法只有一个原始类型变量，第二个方法有两个变量，一个是原始对象引用类型，另一个是静态对象实例的引用类型。这个图就是他们的内存结构图。下面咱们来看看代码：

package com.hqs.jmm;
/**
 * 
 * JMM对象
 * @author qs.huang
 *
 */
public class MyJMMObject implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        methodOne();
    }
    public void methodOne() {
        int var1 = 0; //方法内部变量,原始类型
        methodTwo();
    }
    public void methodTwo(){
        Integer var1 = new Integer(0); //方法内部变量，引用变量
        MyReferenceObj var2 = MyReferenceObj.instance; //静态引用变量
    }
}

package com.hqs.jmm;
/**
 * 
 * 引用对象
 * @author qs.huang
 *
 */
public class MyReferenceObj {
    public static MyReferenceObj instance = new MyReferenceObj();
    public Integer intObj = new Integer(1);
    public int intPrimary = 0;
    //隐藏构造
    private MyReferenceObj(){}
}

　　因为中的var1是方法1的局部变量，也是原始类型，每个用到它的地方，把它放到方法栈中。每一个线程都有自己的栈，所以每个一份。

　　方法2中的var1是一个对象类型的也是局部的，每个线程需要在堆里边创建一个对象，同时对它进行指向。

　　方法2中var2是一个静态对象实例的引用，所以再堆中只有一份，并且在加载的时候进行的实例化，因为对象中还有引用类型，所以产生了一个对intObj的引用，同时还有一个int原始类型存在堆里，跟随实例对象。

　　那么方法中如果有基本类型的数组呢？那数组会在堆中生成，然后对象只想堆中的数组对象，多线程的话，每个线程会生成自己所需要的副本，当方法调用完成后，该数组对象就会被收回。

　　下面咱们来看看CPU的硬件结构以便大家更理解JMM。看图：

 　  目前的电脑一般都是2个或2个以上的CPU，每个CPU可能是多核的。那么每个CPU在同一时间就可以处理一个线程，多个CPU就可以同一时间执行多个线程。

　　每个CPU都有一个寄存器，CPU通过寄存器进行运算，那么在寄存器运算速度要高于在主内存进行运算。

　　每个CPU都附带一个缓存，用于将数据从主内存中读取到缓存数据中，然后再运算的时候放到寄存器里。CPU访问寄存器的速度是最快的，访问缓存的速度其次，最后是访问主内存的速度，当然缓存分为L1,L2 两个缓存，当然我画的没有那么好，不过不影响理解。CPU不会读取缓存中的所有数据，而是按照缓存line去进行有选择的读取。

　　当CPU执行完相关的运算并在适当的时候将结果刷到主内存RAM中，用于保存结果或让其他程序读取。咱们看一下JVM和CPU之间的关系。

　　因为CPU没有堆和栈，JVM的堆和栈会在CPU的主内存中，但是程序执行的时候，会将栈或堆中的线程读取到缓存和寄存器中进行运算，并且将计算的结果重新刷新到主内存RAM中。在这个时候因为有多CPU的原因，那么假如说一个CPU一个变量，那么两个并行的线程在执行的时候会有什么样的问题呢？

　　比如一个类中只有一个String state的成员变量，一个线程对其进行读取到CPU缓存中，然后将其设置为了'YES'，并放回到缓存中；另一个线程没有看到这个值的更改，因为没有看到起更改。然后将其读取到CPU缓存中，然后设置为'YES'或'NO'。这个就是可见性问题，那么如何实现其他线程可见呢？Java有个关键字volatile，这个关键字可以使得操作不写入CPU缓存，直接从主内存读取，更改后直接重写到主缓存中。

　　比如这个类有个int count的成员变量，并且初始化值为0，向前面提到的，一个线程读取到这个count到CPU缓存中，另一个线程也把这个count读取到另一个CPU的线程中，那么两个线程放到寄存器计算，分别对其进行加1操作，这个时候都把结果刷新到缓存并且到主内存中。count的结果变为了1，这个不是大家想要的。因为每个线程对这个变量读取不可见，每个都用其副本进行操作。这个就是线程的竞态条件。那么怎么才能都保证这个变量的正确呢，就是使用同步，也就是使用synchronize关键字或者是锁来进行处理。也就是在同一时间只能有一个线程去处理这个字段或者方法，同时程序也是从主内存读取数据，然后计算完成后将程序写入到主内存中保证保证计算的有序处理。

　　这下同学们是否有了新的认识了呢？

　　如果有写的不对的地方希望告知~

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