Java 内存模型（一）

Java 内存模型的抽象

​ 在 java 中，所有实例域、静态域和数组元素存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享。局部变量，方法定义参数和异常处理器参数不会在线程之间共享，它们不会有内存可见性问题，也不受内存模型的影响。

​ Java 线程之间的通信由 Java 内存模型控制，JMM 决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM 定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读 / 写共享变量的副本。本地内存是 JMM 的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。Java 内存模型的抽象示意图如下：

重排序

利用下面代码观察重排序现象（可能看不到重排序现象，仅作介绍）：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class ReorderTest {
    private static int x = 0, y = 0;
    private static int a = 0, b = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int i = 0;
        for (;;) {
            i ++;
            x = 0;
            y = 0;
            a = 0;
            b = 0;
            CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
            Thread one = new Thread(() -> {
                try {
                    latch.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                a = 1;
                x = b;
            });
            Thread other = new Thread(() -> {
                try {
                    latch.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                b = 1;
                y = a;
            });
            one.start();other.start();
            latch.countDown();
            one.join();other.join();

            String result = "第" + i + "次 (" + x + "," + y + "）";
            if(x == 0 && y == 0) {
                System.err.println(result);
                break;
            } else {
                System.out.println();
            }
        }
    }
}

几秒后就可以得到 x == 0 && y == 0 这个结果，仔细看看代码就会知道，如果不发生重排序的话，这个结果是不可能出现的。

重排序由以下几种机制引起：

1. 编译器优化：对于没有数据依赖关系的操作，编译器在编译的过程中会进行一定程度的重排。编译器是可以将 a = 1 和 x = b 换一下顺序的，因为它们之间没有数据依赖关系，同理，线程 2 也一样，那就不难得到 x == y == 0 这种结果了。

2. 指令重排序：CPU 优化行为，也是会对不存在数据依赖关系的指令进行一定程度的重排，比如 CPU 流水线上指令乱序执行。

3. 内存系统重排序：内存系统没有重排序，但是由于有缓存的存在，使得程序整体上会表现出乱序的行为。正是因为三级缓存结构的原因，所以才有了这个问题。