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JMM详解

news 2026/5/12 5:02:59

JMM详解

引子

众所周知，在计算机中，数据主要存储在硬盘中，但是，硬盘的读写速度相对于CPU执行指令的速度太慢太慢了，于是，我们会添加读写速度更快的内存（因为内存读写速度比较快，所以也比较贵，如果直接用内存取代磁盘的话，大部分人都承担不起这个价钱）来作为硬盘的缓存。数据先从磁盘读取到内存中，内存可以较高的效率与CPU交互，这样也就提高了计算机的效率。

当内存中的数据更新时，需要写回到磁盘中，这需要时间，也就导致了在这段时间内，磁盘与内存间数据的不一致现象。

当有多个线程时，有的现场从内存中读值，有的线程从磁盘中读值，或者多个线程同时修改内存中的值，结果导致操作被覆盖，等等。此外，现代编译器为了提高程序运行效率，会对代码进行重排序，现代CPU为了提高指令运行效率，也会对指令进行重排序。这些情况都可能导致多线程共享数据数据的不一致现象（重排序只保证单线程安全）。

这就需要一个规范（称之为“内存模型”）来解决这些混乱的情况，不同操作系统会有不同的规范。Java因为要保证跨平台性，所以不能直接使用某个操作系统现成的规范，需要有自己的规范，由JVM负责适配各操作系统。Java的这套规范，就叫做JMM（Java Memory Model ：Java内存模型）。

JMM

JMM是用来解决Java并发编程问题的一个规范。

JMM不是具体的技术实现，不同版本的Java可以用不同的方式实现这个规范。

JMM也利用了缓存机制来提效，所有共享变量都存在主内存中（可能是用操作系统的内存来实现），线程需要将共享变量读取到自己独立的工作内存中（可能是用操作系统的CPU高速缓存来实现），操作完成后再写回主内存中。

想要保证并发编程的安全性，就要解决以下问题：

一个线程对共享变量的操作是个不可分割的整体，不可中断：

错误情况：

初始 i = 0 线程A: 读 i -> 0 线程B: 读 i -> 0 线程A: i+1 -> 1 线程B: i+1 -> 1 线程A: 写回 i=1 线程B: 写回 i=1 最终 i=1 （本该是2）

正确情况：

初始 i = 0 --------------- | 线程A: 读 i -> 0 不可分割的整体| 线程A: i+1 -> 1 | 线程A: 写回 i=1 --------------- | 线程B: 读 i -> 1 不可分割的整体| 线程B: i+1 -> 2 | 线程B: 写回 i=2 --------------- 最终 i=2

因为线程A对i的操作是个不可分割的整体，所以线程B不能穿插进去。

一个线程对共享数据的操作结果可以立刻被其它线程看见：
对于上面的情况，可能线程A写回i=1到主存中，但是，
可能主存也有多级缓存，线程A写回到2级主存中，但线程B却从1级主存中读值；
可能主存虽然拿到线程A写回的新值了，但是还没来得及更新旧值；
可能线程B之前缓存过旧值，这次没从主存中读取，而是从自己的缓存中读取。
所以，必须要保证线程A写回的值，线程B能够立即看见。
一个线程对共享数据的操作的重排序不能影响其他线程：
试想这种情况：
```
初始 i = 0 线程A: 读 i -> 0 线程A: i=1 线程A: i=2 线程A: 写回 i=2 线程B: 读 i -> 2 线程B: i+1 -> 3 线程B: 写回 i=3 最终 i=3
```
如果发生指令重排序，将线程A: i=1和线程A: i=2的顺序反过来执行，那么最终结果就是2。