Java內存模型(JMM)底層原理

1、內存模型的概述

Java內存模型(即Java Memory Model，簡稱JMM)本身是一種抽象的概念，並不真實存在，它描述的是一組規則或規範，通過這組規範定義了程序中各個變量（包括實例字段，靜態字段和構成數組對象的元素）的訪問方式。

由於JVM運行程序的實體是線程，而每個線程創建時JVM都會爲其創建一個工作內存(有些地方稱爲棧空間)，用於存儲線程私有的數據，而Java內存模型中規定所有變量都存儲在主內存，主內存是共享內存區域，所有線程都可以訪問，但線程對變量的操作(讀取賦值等)必須在工作內存中進行。

首先要將變量從主內存拷貝的自己的工作內存空間，然後對變量進行操作，操作完成後再將變量寫回主內存，不能直接操作主內存中的變量，工作內存中存儲着主內存中的變量副本拷貝，前面說過，工作內存是每個線程的私有數據區域，因此不同的線程間無法訪問對方的工作內存，線程間的通信(傳值)必須通過主內存來完成。

2、內存模型的示意圖

主內存：

主要存儲的是Java實例對象，所有線程創建的實例對象都存放在主內存中，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)，當然也包括了共享的類信息、常量、靜態變量。由於是共享數據區域，多條線程對同一個變量進行訪問可能會發現線程安全問題。

工作內存：

主要存儲當前方法的所有本地變量信息(工作內存中存儲着主內存中的變量副本拷貝)，每個線程只能訪問自己的工作內存，即線程中的本地變量對其它線程是不可見的，就算是兩個線程執行的是同一段代碼，它們也會各自在自己的工作內存中創建屬於當前線程的本地變量，當然也包括了字節碼行號指示器、相關Native方法的信息。注意由於工作內存是每個線程的私有數據，線程間無法相互訪問工作內存，因此存儲在工作內存的數據不存在線程安全問題。

3、JMM數據原子操作

4、內存模型工作流程圖

上圖jmm工作流程：

步驟一

線程1：先把initFlag變量從主內存中read讀取出來，再load載入自己的工作內存，use使用線程1執行代碼!initFlag。

步驟二

線程2：先把initFlag變量從主內存中read讀取出來，再load載入自己的工作內存，use使用線程2執行代碼initFlag=true，這時候值發生了改變，線程會再assign重新賦值到工作內存，然後store存儲並寫入主內存，write寫入賦值到主內存中的變量。
（線程2對緩存行lock加鎖，write寫入主內存後會解鎖unlock，防止initFlag還未write寫入主內存就被線程1讀取爲false）。

步驟三

線程1：因爲initFlag被volatile修飾，使用MESI緩存一致性協議，線程1利用cpu總線嗅探機制監聽到了initFlag值的修改，線程1中工作內存initFlag=false失效，這時候線程就拿不到工作內存的數據了，從而工作內存繼續去讀取主內存數據，變爲true退出循環繼續執行，體現了多線程同步運行共享變量副本的可見性。如果initFlag沒有被volatile修飾，線程1將感知不到initFlag的變化，一直循環下去停止不了。

實例代碼：

public class VolatileVisibilityTest {
    //volatile變量，用來確保將變量的更新操作通知到其他線程。
    private static volatile boolean initFlag = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("waiting data...");
                while (!initFlag) {

                }
                System.out.println("==============success");
            }
        }).start();

        Thread.sleep(2000);

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                prepareData();
            }
        }).start();
    }
        public static void prepareData(){
            System.out.println("preparing data...");
            initFlag = true;
            System.out.println("prepare data end...");
        }
}

以上加了“volatile”關鍵字，實現了共享變量的可見性問題

volatile是怎麼實現的呢？原理是怎樣的？

volatile底層原理不是Java來編寫的，而是用彙編語言的來編寫