Java內(nèi)存模型，Java Memory Model，我個人更喜歡“Java存儲模型”的譯法。

　　介紹

　　如前所述，JVM被設計成一臺抽象的虛擬計算機，JVM的并發(fā)問題及解決方案與物理計算機中的并發(fā)問題有很多相似之處。

　　由于現(xiàn)代計算機的內(nèi)存與CPU在運算速度上的巨大差別，通常會加入一層更接近CPU讀寫速度的高速緩存(Cache)，將運算使用到的數(shù)據(jù)復制到Cache中，讓運算能加速進行，運算結(jié)束后再從Cache同步回內(nèi)存之中。這個設計解決了速度的矛盾，也帶來了一個新的問題：緩存一致性。在多CPU系統(tǒng)中，每個CPU都有自己的Cache，它們共享同一主內(nèi)存，當多個CPU的運算任務涉及同一塊內(nèi)存區(qū)域時，就可能導致各自的Cache數(shù)據(jù)不一致。對此又設計了“緩存一致性協(xié)議”，如MESI，要求各個CPU在讀寫Cache時，都遵循這些協(xié)議進行操作，以解決緩存數(shù)據(jù)不一致的問題?！皟?nèi)存模型”(Memory Model)，就是在特定的協(xié)議下，對特定的高速緩存讀寫訪問過程進行抽象。不同架構(gòu)的物理機器擁有不一樣的內(nèi)存模式，而Java虛擬機也有自己的內(nèi)存模型，其基礎原理是共通的。

　　此外，為了充分利用CPU的運算單元，可能會對輸入代碼進行亂序執(zhí)行優(yōu)化，只保證執(zhí)行結(jié)果的一致性，但不保證各語句的計算順序與輸入代碼一致。Java虛擬機的即時編譯器也有類似的指令重排序優(yōu)化。

　　Java語言規(guī)范中試圖定義一種Java內(nèi)存模型，以實現(xiàn)Java程序在各種平臺上能達到一致的內(nèi)存訪問效果，為多線程的同步和避免數(shù)據(jù)爭用提供一套有效平衡高吞吐與一致性的保障機制。

　　什么是Java內(nèi)存模型

　　一個內(nèi)存模型描述的是，給定程序的某個特定的執(zhí)行軌跡(trace)是否是該程序的一個合法執(zhí)行。Java內(nèi)存模型檢查執(zhí)行軌跡中的每次讀操作，以及根據(jù)特定規(guī)則，校驗該讀操作觀察到的寫是否合法。內(nèi)存模型描述了一個程序的可預期行為，具體實現(xiàn)時擁有充分的自由度去生成需要的代碼，只要其最終執(zhí)行結(jié)果可經(jīng)由內(nèi)存模型進行推測。

　　通俗地講，Java內(nèi)存模型(JMM)定義了一系列規(guī)則，以確保某一線程的寫操作能正確呈現(xiàn)給其他線程。JMM并沒有描述多線程該如何執(zhí)行，而是描述多線程允許的行為。

　　JMM規(guī)定了所有的共享變量都存儲在JVM的主內(nèi)存中。每條線程有自己的工作內(nèi)存，用于保存該線程用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝(具體實現(xiàn)通常不會拷貝整個對象)，線程對變量的操作全部在工作內(nèi)存中進行，不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量。不同的線程間也無法直接訪問對方的工作內(nèi)存，線程間變量值的傳遞需要通過主內(nèi)存來完成。

　　關于主內(nèi)存和工作內(nèi)存之間的具體交互協(xié)議，即一個變量如何從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存、如何從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存之類的實現(xiàn)細節(jié)，JMM定義了8種操作(lock,unlock,read,load,use,assign,store,write)，虛擬機實現(xiàn)時必須保證以上每一種操作都是原子的、不可再分的。

　　共享變量/堆內(nèi)存：能夠在線程間共享的內(nèi)存稱作“共享內(nèi)存或堆內(nèi)存”。所有的實例域、靜態(tài)域以及數(shù)組元素都存儲在堆內(nèi)存中。方法中的局部變量永遠不會被線程間共享，也不會受內(nèi)存模型影響。我們也無需關心線程內(nèi)動作，每個單線程都應遵守正確的線程內(nèi)語義。

　　線程間的動作：線程間的動作是由某一線程執(zhí)行，能被另一線程探測或直接影響的動作。包括：

　　共享變量的讀/寫

　　同步動作 (synchronization action)

　　lock/unlock某個monitor;

　　讀寫某個volatile變量

　　啟動一個線程

　　與外部交互的動作

　　導致某個線程進入無限循環(huán)的動作(thread devergence action)

　　延伸閱讀

　　本文參考了《深入理解Java虛擬機》、《JSR-133-Memory Model》，有充裕時間的同學可以去完整過一遍，但原文有較多艱澀難懂之處。這里做了較大的裁剪，隱藏更深一層的信息，以求對Java內(nèi)存模型能有一個快速又不過于淺顯的了解。更多的概念和規(guī)則：

　　緩存一致性，Cache Coherence，MESI協(xié)議

　　Instruction Reorder，指令重排序

　　Happens-Before 關系規(guī)則

　　As-If-Serial ，線程內(nèi)串行的語義

　　Memory Barrier，內(nèi)存屏障