Java記憶體模型

一、簡介

Java記憶體模型(JMM)主要是為了規定執行緒和記憶體之間的一些關係；根據JMM的設計，系統存在一個主記憶體(Main Memory)和工作記憶體（Work Memory），Java中所有變數都儲存在主記憶體中，對於所有執行緒都是共享的；每條執行緒都有自己的工作記憶體，工作記憶體中儲存了該執行緒已讀、寫共享變數的副本，工作記憶體是JMM的一個抽象概念，主要包括：快取，寫緩衝區，暫存器以及其他的硬體和編譯器優化；執行緒對所有變數的操作都是在工作記憶體中進行的，執行緒之間無法相互直接訪問，變數傳遞均需要通過主記憶體完成。JMM示意圖如下：

二、JMM帶來了哪些問題？

1、可見性問題

CPU中執行的執行緒從主記憶體中拷貝共享物件obj到它的CPU快取，把物件obj的count變數改為2，但這個變更對執行在右邊CPU中的執行緒不可見，因為這個更改還沒有flush到主記憶體中，要解決共享物件可見性這個問題，可以使用 volatile 或加鎖（如：synchronized），來保證可見性。

2、競爭問題

執行緒A和執行緒B共享一個物件obj，假設執行緒A從主存讀取Obj.count變數到自己的CPU快取，同時，執行緒B也讀取了Obj.count變數到自己的CPU快取，並且這兩個執行緒都對Obj.count做了加1操作；此時，Obj.count加1操作被執行了兩次，不過都在不同的CPU快取中，如果這兩個加1操作是序列執行的，那麼Obj.count變數便會在原始值上加2，最終主存中的Obj.count的值會是3；然而如果是並行操作，不管是執行緒A還是執行緒B先flush計算結果到主存，最終主記憶體中的Obj.count只會增加1次變成2；可以使用加鎖（ 如：synchronized） 解決此問題，來保證一致性。

 3、重排序問題

在執行程式時，為了提高效能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序。

可以使用volatile或加鎖（如：synchronized）來保證有序性。

Java記憶體結構

先看一下結構圖：

從圖中可以看出Java記憶體結構包括五大區域：堆、方法區、虛擬機器棧、本地方法棧、程式計數器，其中堆、方法區執行緒共享，虛擬機器棧、本地方法棧、程式計數器執行緒私有。

1、堆

堆是Java虛擬機器管理的最大一塊記憶體區域，存放所有物件例項和陣列，因為堆存放的物件是執行緒共享的，所以多執行緒的時候需要同步機制；堆又劃分為：年輕代、老年代、永久代（JDK1.7）/元空間(JDK1.8)，元空間與永久代的區別在於：永久代使用的是虛擬機器記憶體，元空間則採用本地記憶體。

2、虛擬機器棧

虛擬機器棧描述的是執行緒進棧出棧的過程，執行緒結束記憶體自動釋放,它用來儲存當前執行緒執行方法所需要的資料、指令、返回地址(即區域性變數和正在呼叫的方法)，方法被呼叫時會在棧中開闢一塊叫棧幀的空間，方法執行在棧幀空間中。

3、本地方法棧

本地方法棧與虛擬機器棧的作用十分相似,區別是虛擬機器棧執行的是Java方法服務，而本地方法棧則為虛擬機器使用native方法服務,可能底層呼叫的c或者c++方法。

4、方法區

方法區同堆一樣，是所有執行緒共享的記憶體區域，又被稱為非堆，用於儲存已被虛擬機器載入的類資訊、常量、靜態變數等。

5、程式計數器

程式計數器是一塊很小的記憶體空間，它是執行緒私有的，可以認作是當前執行緒的行號指示器。

參考：

[1] https://www.jianshu.com/p/8a58d8335270

[2] https://www.jianshu.com/p/de097e7a813a

[3] http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/java-memory-model.