『每日一问』简单聊聊JMM/说说对JMM的了解

『每日系列』

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JMM是什么

Java Memory Model , Java内存模型，简称JMM。
Java线程之间的通信由JMM控制。JMM决定了一个线程对共享资源的写何时对另一个线程可见。从抽象的角度讲，JMM定义了线程和主内存之间的关系，每个线程都有一个本地内存¹，存储了主内存中共享资源的「副本」。

JMM内存模型

上边说过了，JMM控制线程通信。那么如图线程A、B是如何通信的呢

1. 线程A将自己本地内存中的共享变量刷新到主内存
2. 线程B将自己本地内存中的副本置为无效，读取主内存中的共享变量值

以上两步可以看出来

• 线程之间的通信必须经过主内存。
• JMM通过控制每个线程的本地内存和主内存的交互，向我们提供内存可见性保证。

重排序

在一个程序执行的时候，为了优化程序性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。

JMM对这两种类型重排的处理和要求：

• 对于编译器重排序：JMM会禁止特定类型的编译器重排序。 那么是哪些呢？
• 对于处理器重排序：JMM会要求Java编译器在生成指令序列的时候，插入特定类型的内存屏障（Memory Barries）来禁止特定类型的处理器重排序。

JMM作为一个语言级的内存模型，在不同的编译器和处理器上，通过禁止特定类型的编译器和处理器重排序，提供一致的内存可见性保证。

数据依赖性

如果两个操作访问同一个变量，且这两个操作中有一个是写操作，那么这两个操作之间就存在数据依赖性。
产生数据依赖性的操作有三种：

1. 读后写
2. 写后读
3. 写后写
   以上三种操作，如果顺序被重排，那么程序的结果就会被改变。

as-if-serial语义

as-if-serial(串行化)的语义是：不管编译器和处理器为了提供并行度做怎样的重排序，单线程程序的执行结果不能被改变²。
那么为了达到这个效果，编译器和处理器不会对存在数据依赖性的操作做重排序。

如图，C分别与A、B都有数据依赖关系，那么C就不会被重排在A、B任何一个之前去执行。
那么最后可能的顺序就是：

happens-before

如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果对第二个操作可见，但是第一个操作的执行顺序不一定排在第二个之前。如果这两个操作由数据依赖关系，那么第一个操作就排在第二个之前，反之亦然。
多线程之间操作的happens-before关系的确立是依靠着代码上的正确同步。

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1. 本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在，其实是涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他硬件和编译器的优化。 ︎

2. as-if-serial把单线程程序保护了起来，同时也会制造一个幻觉：单线程代码的执行顺序和写的代码顺序是一致的。 ︎