Java内存模型JMM

JMM 体现在以下几个方面：
原子性：保证指令不会受到线程上下文切换的影响
可见性：保证指令不会受 cpu 缓存的影响
有序性：保证指令不会受 cpu 指令并行优化的影响

Java内存模型JMM

Java 内存模型是 Java Memory Model（JMM），本身是一种抽象的概念，实际上并不存在，描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。
JMM 作用：
- 屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，实现让 Java 程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果
- 规定了线程和内存之间的一些关系
JMM 体现在以下几个方面：
- 原子性：保证指令不会受到线程上下文切换的影响
- 可见性：保证指令不会受 cpu 缓存的影响
- 有序性：保证指令不会受 cpu 指令并行优化的影响
根据 JMM 的设计，系统存在一个主内存（Main Memory），Java 中所有变量都存储在主存中，对于所有线程都是共享的；每条线程都有自己的工作内存（Working Memory），工作内存中保存的是主存中某些变量的拷贝，线程对所有变量的操作都是先对变量进行拷贝，然后在工作内存中进行，不能直接操作主内存中的变量；线程之间无法相互直接访问，线程间的通信（传递）必须通过主内存来完成。
- 主内存和工作内存：
  - 主内存：计算机的内存，也就是经常提到的 8G 内存，16G 内存，存储所有共享变量的值
  - 工作内存：存储该线程使用到的共享变量在主内存的的值的副本拷贝
JVM 和 JMM 之间的关系：JMM 中的主内存、工作内存与 JVM 中的 Java 堆、栈、方法区等并不是同一个层次的内存划分，这两者基本上是没有关系的，如果两者一定要勉强对应起来：
- 主内存主要对应于 Java 堆中的对象实例数据部分，而工作内存则对应于虚拟机栈中的部分区域
- 从更低层次上说，主内存直接对应于物理硬件的内存，工作内存对应寄存器和高速缓存

原子性

原子性：不可分割，完整性，也就是说某个线程正在做某个具体业务时，中间不可以被分割，需要具体完成，要么同时成功，要么同时失败，保证指令不会受到线程上下文切换的影响。
定义原子操作的使用规则：
1. 一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作，但 lock 操作可以被同一线程重复执行多次，多次执行 lock 后，只有执行相同次数的 unlock 操作，变量才会被解锁，lock 和 unlock 必须成对出现
2. 如果对一个变量执行 lock 操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量之前需要重新从主存加载
3. 如果一个变量事先没有被 lock 操作锁定，则不允许执行 unlock 操作，也不允许去 unlock 一个被其他线程锁定的变量
4. 对一个变量执行 unlock 操作之前，必须先把此变量同步到主内存中（执行 store 和 write 操作）

可见性

可见性：是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值

存在不可见问题的根本原因是由于缓存的存在，线程持有的是共享变量的副本，无法感知其他线程对于共享变量的更改，导致读取的值不是最新的。但是 final 修饰的变量是不可变的，就算有缓存，也不会存在不可见的问题

main 线程对 run 变量的修改对于 t 线程不可见，导致了 t 线程无法停止：

static boolean run = true;	//添加volatile
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t = new Thread(()->{
        while(run){
        // ....
        }
	});
    t.start();
    sleep(1);
    run = false; // 线程t不会如预想的停下来
}

原因：
- 初始状态， t 线程刚开始从主内存读取了 run 的值到工作内存
- 因为 t 线程要频繁从主内存中读取 run 的值，JIT 编译器会将 run 的值缓存至自己工作内存中的高速缓存中，减少对主存中 run 的访问，提高效率
- 1 秒之后，main 线程修改了 run 的值，并同步至主存，而 t 是从自己工作内存中的高速缓存中读取这个变量的值，结果永远是旧值

有序性

有序性：在本线程内观察，所有操作都是有序的；在一个线程观察另一个线程，所有操作都是无序的，无序是因为发生了指令重排序
CPU 的基本工作是执行存储的指令序列，即程序，程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程，为了提高性能，编译器和处理器会对指令重排，一般分为以下三种：
1
源代码 -> 编译器优化的重排 -> 指令并行的重排 -> 内存系统的重排 -> 最终执行指令
现代 CPU 支持多级指令流水线，几乎所有的冯 • 诺伊曼型计算机的 CPU，其工作都可以分为 5 个阶段：取指令、指令译码、执行指令、访存取数和结果写回，可以称之为五级指令流水线。CPU 可以在一个时钟周期内，同时运行五条指令的不同阶段（每个线程不同的阶段），本质上流水线技术并不能缩短单条指令的执行时间，但变相地提高了指令地吞吐率
- 处理器在进行重排序时，必须要考虑指令之间的数据依赖性
  - 单线程环境也存在指令重排，由于存在依赖性，最终执行结果和代码顺序的结果一致
  - 多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排，会获取其他线程处在不同阶段的指令同时执行