Java内存模型图(java内存模型 jvm内存模型)

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一、一文搞定JMM(java内存模型)深入探讨Java内存模型：原子性、可见性和顺序的完美结合
在Java世界中，数据一致性是并发编程的灵魂。作为该领域的基石，Java内存模型（JMM）为我们提供了一套清晰的规则，定义了如何在主内存和工作内存之间切割变量，以实现多线程环境下的数据同步。JMM并不完全兼容硬件内存架构，但是它解决了多行数据一致性的问题。我们先来了解一下JMM的核心概念。所有的变量都存储在主内存中，而工作内存是线程独有的，用于存储各个线程的私有内存。JMM和JVM之间有明确的界限：后者控制变量访问，而后者控制执行环境。例如，变量存储在内存堆栈的顶部，线程之间的数据同步是基于内存模型运行机制。
JMM通过原子操作实现数据同步，原子操作包括加锁、解锁、读取、加载、使用、分配、存储、写入等一系列操作。例如，变量必须先从工作内存加载或分配，然后才能写入主内存，并且锁不能同时由单个线程持有。原子性
是JMM的一个关键特性。Java的主要操作是原子类型，但在32位系统上，long和double操作不是原子类型。可见性确保对共享变量的修改可以立即被其他线程感知，同时保持多线程代码的执行顺序。
JMM通过在开始之前跟踪事件来解决原子性、可见性和顺序的挑战。编译器和处理器在遵循see-if语义的同时避免了重新排序的数据相关操作。Java5中引入的JSR-133内存模型通过这个来源保证了并发程序的正确运行。例如，易失性提供轻量级同步，实现共享变量的可见性，并防止指令重新排序。
以飞行为例。当易失性线程更改变量时，其他线程会立即注意到更改，从而避免数据安全问题。同时，JVM提供了lfence、sfence等内存屏障，它们对内存可视性和性能起到关键作用。例如，在DoubleCheckLock单例模式下，内存块实现了初始化和关系设置的正确顺序；防止重新排序。
排序是单候选环境下的一种优化方法，但会导致多线程中的结果。JMM通过内存约束来限制编译器和处理器的行为，以便正确实现易失性语义。编译器在读取易失性变量后插入必要的内存块，例如StoreLoad块，以确保一致性。
在实际编程中，为了并发代码的正确性和高效性，必须理解和使用这些概念。例如，易失性写操作在保守的设计下将是可见的，但会增加写操作的开销。在某些处理器上，编译器将根据硬件规格进行优化。
总的来说，Java内存模型就像一个城市协调员，通过一系列规则和机器特征来保证多环境下的一致性，使软件更加健壮可靠。理解和掌握这些原理是每个Java开发人员提高并发编程能力的一种方式。