JMM引入

從堆疊說起

JVM內部使用的Java記憶體模型在執行緒堆疊和堆之間劃分記憶體，此圖從邏輯角度說明了Java記憶體模型：

JVM 基礎系列 - Java 記憶體模型引入

堆疊里面放了什么?

執行緒堆疊還包含正在執行的每個方法的所有區域變數(呼叫堆疊上的所有方法)，執行緒只能訪問它自己的執行緒堆疊，由執行緒創建的區域變數對于創建它的執行緒以外的所有其他執行緒是不可見的，即使兩個執行緒正在執行完全相同的代碼，兩個執行緒仍將在每個自己的執行緒堆疊中創建該代碼的區域變數，因此，每個執行緒都有自己的每個區域變數的版本，

基本型別的所有區域變數(boolean，byte，short，char，int，long，float，double)完全存盤在執行緒堆疊中，因此對其他執行緒不可見，一個執行緒可以將一個基本型別變數的副本傳遞給另一個執行緒，但它不能共享原始區域變數本身，

堆包含了在Java應用程式中創建的所有物件，無論創建該物件的執行緒是什么，這包括基本型別的包裝類(例如Byte，Integer，Long等)，無論是創建物件并將其分配給區域變數，還是創建為另一個物件的成員變數，該物件仍然存盤在堆上，

JVM 基礎系列 - Java 記憶體模型引入

區域變數可以是基本型別，在這種情況下，它完全保留在執行緒堆疊上，

區域變數也可以是物件的參考，在這種情況下，參考(區域變數)存盤在執行緒堆疊中，但是物件本身存盤在堆(Heap)上，

物件的成員變數與物件本身一起存盤在堆上，當成員變數是基本型別時，以及它是物件的參考時都是如此，

靜態類變數也與類定義一起存盤在堆上，

執行緒堆疊如何訪問堆上物件?

所有具有物件參考的執行緒都可以訪問堆上的物件，當一個執行緒有權訪問一個物件時，它也可以訪問該物件的成員變數，如果兩個執行緒同時在同一個物件上呼叫一個方法，它們都可以訪問該物件的成員變數，但每個執行緒都有自己的區域變數副本，

JVM 基礎系列 - Java 記憶體模型引入

兩個執行緒有一組區域變數，其中一個區域變數(區域變數2)指向堆上的共享物件(物件3)，兩個執行緒各自對同一物件具有不同的參考，它們的參考是區域變數，因此存盤在每個執行緒的執行緒堆疊中(在每個執行緒堆疊上)，但是，這兩個不同的參考指向堆上的同一個物件，

注意共享物件(物件3)如何將物件2和物件4作為成員變數參考(由物件3到物件2和物件4的箭頭所示)，通過物件3中的這些成員變數參考，兩個執行緒可以訪問物件2和物件4.

該圖還顯示了一個區域變數，該變數指向堆上的兩個不同物件，在這種情況下，參考指向兩個不同的物件(物件1和物件5)，而不是同一個物件，理論上，如果兩個執行緒都參考了兩個物件，則兩個執行緒都可以訪問物件1和物件5，但是在上圖中，每個執行緒只參考了兩個物件中的一個，

執行緒堆疊訪問堆示例

那么，什么樣的Java代碼可以導致上面的記憶體圖? 好吧，代碼就像下面的代碼一樣簡單：

JVM 基礎系列 - Java 記憶體模型引入

如果兩個執行緒正在執行run()方法，則前面顯示的圖表將是結果， run()方法呼叫methodOne()，methodOne()呼叫methodTwo()，

methodOne()宣告一個區域基本型別變數(型別為int的localVariable1)和一個區域變數，它是一個物件參考(localVariable2)，

執行methodOne()的每個執行緒將在各自的執行緒堆疊上創建自己的localVariable1和localVariable2副本， localVariable1變數將完全相互分離，只存在于每個執行緒的執行緒堆疊中，一個執行緒無法看到另一個執行緒對其localVariable1副本所做的更改，

執行methodOne()的每個執行緒也將創建自己的localVariable2副本，但是，localVariable2的兩個不同副本最終都指向堆上的同一個物件，代碼將localVariable2設定為指向靜態變數參考的物件，靜態變數只有一個副本，此副本存盤在堆上，因此，localVariable2的兩個副本最終都指向靜態變數指向的MySharedObject的同一個實體， MySharedObject實體也存盤在堆上，它對應于上圖中的物件3，

注意MySharedObject類還包含兩個成員變數，成員變數本身與物件一起存盤在堆上，兩個成員變數指向另外兩個Integer物件，這些Integer物件對應于上圖中的Object 2和Object 4，

另請注意methodTwo()如何創建名為localVariable1的區域變數，此區域變數是對Integer物件的物件參考，該方法將localVariable1參考設定為指向新的Integer實體， localVariable1參考將存盤在執行methodTwo()的每個執行緒的一個副本中，實體化的兩個Integer物件將存盤在堆上，但由于該方法每次執行該方法時都會創建一個新的Integer物件，因此執行此方法的兩個執行緒將創建單獨的Integer實體，在methodTwo()中創建的Integer物件對應于上圖中的Object 1和Object 5，

另請注意型別為long的MySharedObject類中的兩個成員變數，它們是基本型別，由于這些變數是成員變數，因此它們仍與物件一起存盤在堆上，只有區域變數存盤在執行緒堆疊中，

JMM與硬體記憶體結構關系

硬體記憶體結構簡介

現代硬體記憶體架構與內部Java記憶體模型略有不同，了解硬體記憶體架構也很重要，以了解Java記憶體模型如何與其一起作業，本節介紹了常見的硬體記憶體架構，后面的部分將介紹Java記憶體模型如何與其配合使用，

這是現代計算機硬體架構的簡化圖：

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現代計算機通常有2個或更多CPU，其中一些CPU也可能有多個內核，關鍵是，在具有2個或更多CPU的現代計算機上，可以同時運行多個執行緒，每個CPU都能夠在任何給定時間運行一個執行緒，這意味著如果您的Java應用程式是多執行緒的，執行緒真的在可能同時運行.

每個CPU基本上都包含一組在CPU記憶體中的暫存器， CPU可以在這些暫存器上執行的操作比在主存盤器中對變數執行的操作快得多，這是因為CPU可以比訪問主存盤器更快地訪問這些暫存器，

每個CPU還可以具有CPU高速快取存盤器層，事實上，大多數現代CPU都有一些大小的快取存盤層， CPU可以比主存盤器更快地訪問其高速快取存盤器，但通常不會像訪問其內部暫存器那樣快，因此，CPU高速快取存盤器介于內部暫存器和主存盤器的速度之間，某些CPU可能有多個快取層(級別1和級別2)，但要了解Java記憶體模型如何與記憶體互動，這一點并不重要，重要的是要知道CPU可以有某種快取存盤層，

計算機還包含主存盤區(RAM)，所有CPU都可以訪問主記憶體，主存盤區通常比CPU的高速快取存盤器大得多，同時訪問速度也就較慢.

通常，當CPU需要訪問主存盤器時，它會將部分主存盤器讀入其CPU快取，它甚至可以將部分快取讀入其內部暫存器，然后對其執行操作，當CPU需要將結果寫回主存盤器時，它會將值從其內部暫存器重繪到高速緩沖存盤器，并在某些時候將值重繪回主存盤器，

JMM與硬體記憶體連接 - 引入

如前所述，Java記憶體模型和硬體記憶體架構是不同的，硬體記憶體架構不區分執行緒堆疊和堆，在硬體上，執行緒堆疊和堆都位于主存盤器中，執行緒堆疊和堆的一部分有時可能存在于CPU高速快取和內部CPU暫存器中，這在圖中說明：

JVM 基礎系列 - Java 記憶體模型引入

著作權歸https://pdai.tech所有，鏈接：
https://pdai.tech/md/java/jvm/java-jvm-x-introduce.html

當物件和變數可以存盤在計算機的各種不同存盤區域中時，可能會出現某些問題，兩個主要問題是：

Visibility of thread updates (writes) to shared variables.
Race conditions when reading, checking and writing shared variables. 以下各節將解釋這兩個問題，

JMM與硬體記憶體連接 - 物件共享后的可見性

如果兩個或多個執行緒共享一個物件，而沒有正確使用volatile宣告或同步，則一個執行緒對共享物件的更新可能對其他執行緒不可見，

想象一下，共享物件最初存盤在主存盤器中，然后，在CPU上運行的執行緒將共享物件讀入其CPU快取中，它在那里對共享物件進行了更改，只要CPU快取尚未重繪回主記憶體，共享物件的更改版本對于在其他CPU上運行的執行緒是不可見的，這樣，每個執行緒最終都可能擁有自己的共享物件副本，每個副本都位于不同的CPU快取中，

下圖描繪了該情況，在左CPU上運行的一個執行緒將共享物件復制到其CPU快取中，并將其count變數更改為2.對于在右邊的CPU上運行的其他執行緒，此更改不可見，因為計數更新尚未重繪回主記憶體中，

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