JVM内存模型(Java 内存模型)

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一、什么是Java的JVM？

Java的JVM（JavaVirtualMachine）是Java程序运行的平台，负责加载和执行Java字节码程序以及管理内存、垃圾回收等运行时操作。JVM是JavaSE架构的重要组成部分。例如，Sun的JVM实现了JavaSE5.0规范，IBM的JVM实现了JavaSE7及更高版本的规范。

JVM的主要组件有：

Java虚拟机（JavaVirtualMachine）：这是JVM的核心，包括类加载器、字节码解释器、垃圾收集器等组件。

Java存储模型（JavaMemoryModel）：定义了跨不同线程存储和读取Java中变量的规则。

Java指令集（JavastructsSet）：定义了Java语言指令集，包括类型、操作码等。

JVM通过解释器将Java字节码程序编译为本地机器码，并加载到内存中执行。JVM还负责垃圾收集、内存管理等操作，保证Java程序的稳定运行。因此，Java程序的性能和稳定性高度赖于JVM的性能和优化。

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二、一文搞定JMM(java内存模型)深入研究Java内存模型：原子性、可见性和顺序的完美配合
在Java的世界里，数据一致性是并发编程的灵魂。作为该领域的重要基石，Java内存模型（JMM）为我们提供了一套清晰的规则，定义了变量如何在主内存和工作内存之间交互，以保证多线程环境下的数据同步。JMM并不是与硬件内存架构完全同步，而是解决了多线程数据一致性的问题。
首先我们来了解一下JMM的核心概念。所有变量都存储在主存中，而主存只是线程专用的，负责存储线程私有变量。JMM和JVM之间有明确的界限：前者规范变量访问，后者是执行环境的实际载体。例如，变量存储在堆的主存中，线程之间的数据同步是基于内存复制机制的。
JMM通过原子操作来保证数据同步，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。这些过程必须在一定的框架内进行，以保证数据的一致性。例如，一个变量在写入主内存之前必须从内存中加载或分配，并且锁一次只能由一个线程持有。解锁过程需要首先在主存中更新。
原子性是JMM的一个关键特性。Java的基本类型操作是原子的，但在32位系统中，long和double类型操作不是原子的。可见性确保共享变量的更改可以立即被其他线程注意到，而排序则维持多线程代码的执行顺序。易失性和同步/锁定机制发挥着重要作用。
JMM通过遵循“发生在之前”的原则来解决原子性、可见性和顺序的挑战。编译器和处理器避免对数据相关的操作重新排序，同时遵循语义，就好像它们是串行的一样。Java5中引入的JSR-133内存模型就是通过这个原理保证并发程序的正确运行。例如，Volatile提供了简单的同步，确保共享变量的可见性，并防止语句重新排序。
以volatile关键字为例。当一个线程改变了一个易失性变量时，其他线程会立即注意到这个变化，避免了数据安全问题。同时，JVM提供了lfence、sfence等内存屏障，它们对内存可见性和操作顺序起着关键作用。例如，在DoubleCheckLock单例模式下，内存屏障确保初始化和引用设置的正确顺序。防止重新排序会导致问题。
指令重排序是单线程环境下的一种优化方法，但在多线程环境下会导致线程安全问题。JMM通过内存屏障限制编译器和处理器的行为，以确保易失性语义得到正确实现。编译器在读取易失性变量后插入必要的内存屏障，例如：oad屏障确保一致性。
在实际编程中，我们需要理解并运用这些概念，以保证并发代码的正确性和高效性。例如，作为保守策略的一部分，易失性写入提供了透明度，但会增加写入的开销。在某些处理器上，编译器会根据硬件特性进行优化。例如，X86处理器通常会清除不必要的内存屏障。
总的来说，Java内存模型就像一个精密的协调器，通过一套规则和机制保证多线程环境下的数据一致性，使得并发编程更加强大和可靠。理解和掌握这些原理是任何Java开发人员提高并发编程技能的唯一途径。