关于java:一个试图了解JVM内存模型的两年经验的初级程序员透彻

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所有的编程语言中都有内存模型这个概念，区别于微架构的内存模型，高级语言的内存模型包含了编译器和微架构两局部。我试图理解了 Java、C# 和 Go 语言的内存模型，发现内容根本大同小异，只是这些语言在具体实现的时候略有不同。

咱们来看看 Java 内存模型吧，提到 Java 内存模型大家对这个图肯定十分相熟：

这张图通知咱们在线程运行的时候有一个内存专用的一小块内存，当 Java 程序会将变量同步到线程所在的内存，这时候会操作工作内存中的变量，而线程中变量的值何时同步回主内存是不可预期的。但同时 Java 内存模型又通知咱们通过应用关键词“synchronized”或“volatile”能够让 Java 保障某些束缚：

“volatile”— 保障读写的都是主内存的变量
“synchronized”—保障在块开始时都同步主内存的值到工作内存，而块完结时将变量同步回主内存

通过以上形容咱们就能够写出线程平安的 Java 程序，JDK 也同时帮咱们屏蔽了很多底层的货色。

但当你深刻理解 JVM 的时候你会发现基本就没有工作内存这个货色，即内存中基本不会调配这么一块空间来运行你的 Java 程序，那么工作内存到底是什么货色呢？

这个问题也已经困扰了我很长时间，因为我素来没有从 JVM 的实现中找到过和主内存同步的代码，因为当应用“volatile”时我仅仅能从源代码中调用了这行语句：

__asm__ volatile ("lock; addl $0,0(%%esp)" : : : "cc", "memory");

而这个指令在局部微架构上的次要性能就是避免指令重排，即这条指令前后的其它指令不会越过这个界线执行 [注 1]。

在当初的 x86/x64 微架构中读写内存的一致性都是通过 MESI（Intel 应用 MESI-F，AMD 应用 MOESI）协定保障 [注 2]，MESI 的状态转换图如下：

那 Java 内存模型中所说的工作内存是什么呢？
我的了解是，首先“工作内存”是一个虚构的概念，而承载这个概念次要是两局部：

1. 编译器
2. 微架构

作为编译器必定是执行速度越快越好，所以作为编译器该当尽量减少从内存读数据，如果一个数据在寄存器中，那么间接应用寄存器中的值无疑性能是最高的，但同时这也会导致可能读不到最新的值，这里咱们通过在 Java 语言中为变量加上“volatile”强制通知编译器这个变量肯定要从内存取得，这时编译器即不会做此类优化【案例见参考资料 5（是一个.Net 的例子）】。

对于微架构来说，在 x86/x64 下，CPU 会在执行指令时做指令重排，即编译器生成的指令程序和真正在 CPU 执行的程序可能是不统一的。当咱们用一个变量做信号的时候这种指令重排会带来喜剧，即如果有如下代码：

x = 0;
y = 0;
i = 0;
j = 0;
// thread A
y = 1;
x = 1;
// thread B
i = x;
j = y;

下面的代码 i 和 j 的值会是多少呢？答案是：“00，01，10，11”都是有可能的。
对于这种状况，如果咱们想得到确定的后果则须要通过“synchronized”（或者 j.c.u.locks）来做线程间同步。

所以，我集体对 Java 内存模型的了解是：在编译器各种优化及多种类型的微架构平台上，Java 语言标准制定者试图创立一个虚构的概念并传递到 Java 程序员，让他们可能在这个虚构的概念上写出线程平安的程序来，而编译器实现者会依据 Java 语言标准中的各种束缚在不同的平台上达到 Java 程序员所须要的线程平安这个目标。