什么是 JMM？

在上一篇文章中，我們了解了計算機由于各個硬件的讀取速度之間的巨大差距,和充分利用CPU的性能的手段方法，及其所帶來的一系列問題：

1. 為了充分壓榨CPU的性能， CPU 會對指令亂序執(zhí)行或者語言的編譯器會指令重排 ，讓CPU一直工作不停歇，但同時會導(dǎo)致有序性問題。
2. 為了平衡CPU的寄存器和內(nèi)存的速度差異，計算機的CPU 增加了高速緩存，但同時導(dǎo)致了 可見性問題
3. 為了平衡CPU 與 I/O 設(shè)備的速度差異，操作系統(tǒng)增加了進程、線程概念，以分時復(fù)用 CPU，但同時導(dǎo)致了原子性問題。

Java 是最早嘗試提供內(nèi)存模型的編程語言。由于Java 語言是跨平臺的，另外各個操作系統(tǒng)總存在一些差異，Java在物理機器的基礎(chǔ)上抽象出一個內(nèi)存模型(JMM)

JMM 可以看作是 Java 定義的并發(fā)編程相關(guān)的一組規(guī)范，除了抽象了線程和主內(nèi)存之間的關(guān)系之外，其還規(guī)定了從 Java 源代碼到 CPU 可執(zhí)行指令的這個轉(zhuǎn)化過程要遵守哪些和并發(fā)相關(guān)的原則和規(guī)范，這樣就可以屏蔽各個操作系統(tǒng)的差異，簡化多線程編程。

Java 運行時內(nèi)存區(qū)域與硬件內(nèi)存的關(guān)系

Java 內(nèi)存區(qū)域和Java內(nèi)存模型有何區(qū)別？

這是一個非常容易讓人混淆的問題，Java 內(nèi)存區(qū)域和內(nèi)存模型完全是不一樣的東西，

1. Java 內(nèi)存區(qū)域, 也叫內(nèi)存區(qū)域、JVM內(nèi)存模型，和 Java 虛擬機(JVM)的運行時區(qū)域相關(guān)，是指 JVM運行時將數(shù)據(jù)分區(qū)域存儲，強調(diào)對內(nèi)存空間的劃分。
2. Java內(nèi)存模型,也叫內(nèi)存模型(JMM),是Java 定義的并發(fā)編程相關(guān)的一組規(guī)范，除了抽象了線程和主內(nèi)存之間的關(guān)系之外，其還規(guī)定了從 Java 源代碼到 CPU 可執(zhí)行指令的這個轉(zhuǎn)化過程要遵守哪些和并發(fā)相關(guān)的原則和規(guī)范，屏蔽各個操作系統(tǒng)的差異。通俗點說： JMM規(guī)范了程序中變量的訪問規(guī)則，保證了操作的原子性、可見性、有序性， 我們下文慢慢道來。

我們知道JVM 運行時內(nèi)存區(qū)域是分區(qū)域的，分為棧、堆等，其實這些都是 JVM 定義的邏輯概念。但在傳統(tǒng)的硬件內(nèi)存架構(gòu)中是沒有棧和堆這種概念。

其中：

1. 圖中棧可以細分為：虛擬機棧（JVM Stacks）和 本地方法棧（Native Method Stack）

• 虛擬機棧（JVM Stacks）： 線程私有，它的生命周期和線程相同 ，描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個線幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息，每個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，都對應(yīng)著一個線幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程
• 本地方法棧（Native Method Stack）： 線程私有 ，本地方法棧與虛擬機棧的作用是一樣的，只不過虛擬機棧是服務(wù)Java方法的，而本地方法棧是為虛擬機調(diào)用Native方法服務(wù)的。在Java虛擬機規(guī)范中對于本地方法棧沒有特殊的要求，虛擬機可以自由的實現(xiàn)它，因此 在Sun HotSpot虛擬機直接把本地方法棧和虛擬機棧合二為一了 。線程開始調(diào)用本地方法時，會進入 不再受 JVM 約束的世界。本地方法可以通過 JNI(Java Native Interface)來訪問虛擬機運行時的數(shù)據(jù)區(qū)，甚至可以調(diào)用寄存器，具有和 JVM 相同的能力和權(quán)限。JNI 類本地方法最著名的應(yīng)該是 System.currentTimeMillis()

2. 堆（Heap）

虛擬機堆是Java虛擬機中內(nèi)存最大的一塊，是被所有線程共享的，在虛擬機啟動時候創(chuàng)建，Java堆唯一的目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例都在這里分配內(nèi)存，隨著JIT編譯器的發(fā)展和逃逸分析技術(shù)的逐漸成熟，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化的技術(shù)將會導(dǎo)致一些微妙的變化，所有的對象都分配在堆上漸漸變得不那么“絕對”了。

Java中棧和堆既存在于計算機的高速緩存中，又存在于主存中，所以兩者并沒有很直接的關(guān)系。

Java 線程與主內(nèi)存的關(guān)系

Java 內(nèi)存模型（JMM） 抽象了線程和主內(nèi)存之間的關(guān)系，就比如說線程之間的共享變量必須存儲在主內(nèi)存中。在 JDK1.2 之前，Java 的內(nèi)存模型實現(xiàn)總是從 主存 （即共享內(nèi)存）讀取變量，是不需要進行特別的注意的。而在當(dāng)前的 Java 內(nèi)存模型下，線程可以把變量保存 本地內(nèi)存 （比如機器的寄存器）中，而不是直接在主存中進行讀寫。這就可能造成一個線程在主存中修改了一個變量的值，而另外一個線程還繼續(xù)使用它在寄存器中的變量值的拷貝，造成數(shù)據(jù)的不一致。

什么是主內(nèi)存？什么是本地內(nèi)存？

• 主內(nèi)存 ：所有線程創(chuàng)建的實例對象都存放在主內(nèi)存中，不管該實例對象是成員變量還是方法中的本地變量(也稱局部變量)
• 本地內(nèi)存 ：每個線程都有一個私有的本地內(nèi)存來存儲共享變量的副本，并且，每個線程只能訪問自己的本地內(nèi)存，無法訪問其他線程的本地內(nèi)存。本地內(nèi)存是 JMM 抽象出來的一個概念，存儲了主內(nèi)存中的共享變量副本。

Java 內(nèi)存模型其實是一種規(guī)范，定義了很多東西：

• 所有的變量都存儲在主內(nèi)存（Main Memory）中。
• 每個線程都有一個私有的本地內(nèi)存 （Local Memory），本地內(nèi)存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的拷貝副本。
• 線程對變量的所有操作都必須在本地內(nèi)存中進行，而不能直接讀寫主內(nèi)存。
• 不同的線程之間無法直接訪問對方本地內(nèi)存中的變量。

這里所講的主內(nèi)存、工作內(nèi)存與 Java 內(nèi)存區(qū)域中的 Java 堆、棧、方法區(qū)等并不是同一個層次的內(nèi)存劃分，這兩者基本上是沒有關(guān)系的，如果兩者一定要勉強對應(yīng)起來，那從變量、主內(nèi)存、工作內(nèi)存的定義來看，主內(nèi)存主要對應(yīng)于Java堆中的對象實例數(shù)據(jù)部分，而工作內(nèi)存則對應(yīng)于虛擬機棧中的部分區(qū)域。