一文拿捏对象内存布局及JMM（JAVA内存模型）

news2025/9/20 20:53:09

1 JMM(Java Memory Model)

1 概述

Java内存模型(Java Memory Model简称JMM)是一种抽象的概念，并不真实存在，它描述的一组规则或者规范。通过这些规则、规范定义了程序中各个变量的访问方式。jvm运行的程序的实体是线程，而每个线程运行时，都会创建一个工作内存（也叫栈空间），来保存线程所有的私有变量。而JMM内存模型规范中规定所有的变量都存储在主内存中，而主内存中的变量是所有的线程都可以共享的，而对主内存中的变量进行操作时，必须在线程的工作内存进行操作，首先将主内存的变量copy到工作内存，进行操作后，再将变量刷回到主内存中。所有线程只有通过主内存来进行通信。

JMM描述的是对程序中变量访问方式的规则规范
JVM运行程序的实体是线程，每个线程有其工作空间，用于存储私有变量
JMM规定所有的变量需存储在主内存中，主内存的变量是所有线程共享的
对主内存的变量操作，需要将主内存变量copy到线程的工作空间
在线程工作空间操作完之后，刷回主内存

2 可见性，原子性与有序性

1 原子性

原子性指的是一个操作是不可中断的，即使是在多线程环境下，一个操作一旦开始就不会被其他线程给打断。

在java中，对基本的数据类型的操作都是原子性的操作，但是要注意的是对于32位系统的操作对于long、double类型的并不是原子性操作（对于基本数据类型，byte,short,int,float,boolean,char读写是原子操作）。因为对于32位的操作系统来说，每次读写都是32位，而doubel、long则是64位存储单位。就会导致一个线程操作完前面32位后，另一个线程刚好读到后面的32位，这样一来一个64位被两个线程分别读取。

2 可见性

可见性指的是当一个共享变量被一个线程修改后，其他线程是否能够立即感知到。对于串行执行的程序是不存在可见性，当一个线程修改了共享变量后，后续的线程都能感知到共享变量的变化，也能读取到最新的值，所以对于串行程序来讲是不存在可见性问题。

对于多线程程序，就不一定了，前面分析过对于共享变量的操作，线程都是将主内存的变量copy到工作内存进行操作后，在赋值到主内存中。这样就会导致，一个线程改了之后还未回写到主内存，其余线程就无法感知到变量的更新，线程之间的工作内存是不可见的。另外指令重排序以及编译器优化也会导致可见性的问题。

3 有序性

有序性是指对于单线程的代码，我们总是认为程序是按照代码的顺序进行执行，对于单线程的场景这样理解是没有问题，但是在多线程情况下，程序就会可能发生乱序的情况，编译器编译成机器码指令后，指令可能会被重排序，重排序的指令并不能保证与没有排序前的保持一致。

在java程序中，倘若在本线程内，所有的操作都可视为有序性，在多线程环境下，一个线程观察另外一个线程，都视为无顺序可言。

3 JMM如何解决原子性&可见性&有序性

1 原子性问题

除了jvm自身提供的对基本类型的原子性操作以外，可以通过synchronized和Lock实现原子性。synchronized与lock在同一时刻始终只会存在一个线程访问对应的代码块。

2 可见性问题

volatile关键字保证了可见性。当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证共享变量修改的值立即被其他线程可见，即修改的值立即刷新到主内存，当其它线程去需要读取变量时，从主内存中读取。synchronized和Lock也保证了可见性。因为同一时刻只有一个线程能访问同步代码块，所以是能保证可见性。