Java内存模型之JMM

一、大厂面试题：

1、你知道什么是Java内存模型JMM吗？
2、JMM和volatile他们两个之间的关系？
3、JMM没有那些特征或者它的三大特征是什么？
4、为什么要有JMM，它为什么出现？作用和功能是什么？
5、happens-before先行并发原则你有了解过吗？

        

        1、计算机硬件存储体系

       

        CPU在执行指令时，并不是直接操作主内存，而是先将主内存中的数据加载到高速缓存（如 L1/L2 Cache）中进行读写操作。这种缓存机制会导致在多核处理器中，不同线程可能看到的变量值不一致，从而产生“可见性”问题。

        为了屏蔽不同硬件平台和操作系统在内存访问上的差异，Java 虚拟机规范定义了 Java 内存模型（Java Memory Model，JMM）。JMM 为 Java 程序中的多线程操作提供了一套一致性的内存访问规则，确保 Java 程序在各种平台下都能正确、安全地执行。

        2、Java内存模型Java Memory Model

        JMM（Java内存模型Java Memory Model）本身是一种抽象的概念并不真实存在，它仅仅描述的是一组约定或规范，通过这组规范定义了程序中（尤其是多线程）各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的写入以及如何变成对另一个线程可见，关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。它定义了 Java程序中变量（尤其是共享变量）在多个线程之间是如何读写的规则。

        能干吗？

• 通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系
• 屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序再各种平台下都能达到一致性的内存访问效果。

        

        3、JMM规范下三大特性

        1）可见性：是指当一个线程修改了某一个共享变量的值，其他线程是否能够立即知道该变更，JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。

        系统中主内存共享变量数据修改被写入的时机是不确定的，多线程并发下很可能出现“脏读”，所以每个线程都有自己的工作内存，线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在线程自己的工作内存中进行，而不能够直接写入主内存中的变量，不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。

        线程脏读

主内存中有变量X，初始值为0

线程A要将X加1，先将X=0拷贝到自己的私有内存中，然后更新X的值

线程A将更新后的X值回刷到主内存的时间是不固定的

刚好在线程A没有回刷x到主内存时，线程B同样从主内存中读取X，此时为0，和线程A一样的操作，最后期盼的X=2就会变成X=1

        2）原子性：指一个操作是不可被打断的，即多线程环境下，操作不能被其他线程干扰

        3）有序性：对于一个线程的执行代码而言，我们总是习惯性地认为代码的执行总是从上到下，有序执行。但为了提升性能，编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。Java规范规定JVM线程内部维持顺序化语义，即只要程序的最终结果与它顺序话执行的结果相等，那么指令的执行顺序可以与代码顺序不一致，此过程叫指令的重排序。

         优缺点：

        JVM能根据处理器特性（CPU多级缓存系统、多核处理器等）适当的对机器指令进行重排序，使机器指令更符合CPU的执行特性，最大限度的发挥机器性能。

        但是指令重排可以保证串行语义一致，但没有义务保证多线程的语义也一致（即可能产生“脏读”），简单而言就是两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条，不见得是从上到下顺序执行，执行顺序会被优化。

        从源码到最终执行示例图：

        单线程环境里确实能够保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致
        处理器在进行重排序时必须考虑到指令之间的数据依赖性
        多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，可能出现乱序现象，两个线程使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。

        4、JMM规范下多线程对变量的读写过程

        由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存（有的地方成为栈空间），工作内存是每个线程的私有数据区域，而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作（读写赋值等）必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存拷贝到线程自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存中的变量，各个线程中的工作内存存储着主内存中的变量副本拷贝，因此不同的线程无法访问对方的工作内存，线程间的通信（传值）必须通过主内存来完成，其简要访问过程如下图：

        JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：

• 线程之间的共享变量存储在主内存中（从硬件角度讲就是内存条）
• 每个线程都有一个自己的本地工作内存，本地工作内存中存储了该线程用来读写共享变量的副本（从硬件角度来说就是CPU的缓存）

        小总结：

• 我们定义的所有共享变量都储存在物理主内存中
• 每个线程都有自己独立的工作内存，里面保证该线程使用到的共享变量的副本（主内存中该变量的一份拷贝）
• 线程对共享变量所有的操作都必须先在线程自己的工作内存中进行后写回主内存，不能直接从主内存在读写（不能越级）
• 不同线程之间也无法直接访问其他线程的工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来进行（同级不能互相访问）。