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# 一、Java記憶體模型

Java Memory Modle，簡稱 JMM，中文名稱 Java記憶體模型，它是一個抽象的概念，用來描述或者規範訪問記憶體變數的方式。因為各中計算機的作業系統和硬體不同，方式機制也可能不同，Java記憶體模型用於遮蔽（適配）各種差異，以此來達到訪問各個平臺的一致的效果。這也是Java誇平臺的重要原因之一。

**主記憶體**： Java記憶體規定了所有變數都儲存在主記憶體（Main Memory）中，各個執行緒又有自己的本地記憶體（工作記憶體），本地記憶體儲存著主記憶體中部分變數。具體訪問方式如下：

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JMM工作方式

- **lock加鎖：**為了保證訪問主記憶體變數的執行緒安全性，在訪問前一般會加鎖處理；
- **read讀：**從主記憶體中讀取一個變數到工作記憶體；
- **load載入：**把read讀到的變數載入到工作記憶體的變數副本中；
- **use使用：**此時執行緒可以使用其工作記憶體中的變數了；
- **assign賦值：**將處理後的變數賦值給工作記憶體中的變數；
- **store儲存：**將工作記憶體中的變數儲存到主記憶體中，以新建new 一個新變數的方式儲存；
- **write寫：**將store存在的新變數的引用賦值給被處理的變數；
- **unload解鎖：**所有的工作做完，最後解鎖釋放資源。

# 二、Java記憶體模型的三大特性

**1. 原子性（Atomicity）**

這裡的原子性如同資料庫事務中是原子性，一個或多個操作要麼全執行成功要麼全執行失敗（全不執行）。
```
int a = 1;
a++;
double b = 1.5;
```
Java記憶體模型只保證單一的操作具有原子性，比如上面的 int a = 1; 是一個單子的操作，所以具有原子性。而 a++ 操作在底層會分為三個操作：1）、讀取a的值給臨時變數；2）、臨時變數a的值加1操作；3）、將加操作後的值賦值給a。每個操作都是原子的，但Java記憶體模型在多執行緒下並不能保證多操作具有整體原子性，因為它也不知道這個整體內有多少操作，使用者想要達到多操作具有整體原子性，需要對響應的程式碼塊做同步（synchronous）處理，比如使用 有鎖的synchronized 或 無鎖的CAS。

**2. 可見性（Visibility）**

這裡的可見性是記憶體可見性。

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如上圖，執行緒1和執行緒2在未同步的情況下對共享記憶體（主記憶體）中的變數進行訪問，比如兩個執行緒的操作都是對變數a進行加1操作。假設執行緒1首先獲取主記憶體中變數a的值，隨後執行緒2又獲取了主記憶體變數a的值，此時它們工作記憶體中a的值都是1，它們各自將a的值加1操作，然後assign至工作記憶體，工作記憶體中變數a的值都是2，然後兩個執行緒又將值重新整理到主記憶體，最後的結果是主記憶體中變數a的值是2。雖然整體對a的值加1操作做了兩次操作，但由於執行緒間的操作是互相隔離的，預設情況下無法感知記憶體變數的值在隨後的變化，也就無法訪問記憶體中最新的變數值，這就是記憶體可行性的問題。

如何解決記憶體可見性的問題？

- 對進入臨界區的執行緒做同步處理（比如 synchronized）,同一時刻僅有一個執行緒能夠訪問臨界區的資源；
- 使用 volatile 關鍵字保證記憶體可見性，它能保證訪問臨界區資源的所有執行緒總能看到共享資源的最新值；
- CAS無鎖化。

**3. 有序性（Ordering）**

執行緒內的所有操作都是有序的，既程式執行的順序按照程式碼的先後順序執行。比如下面的示例：
```
int a = 1;
int b = 2;
int c = a + b;
```
執行緒內程式會先執行 int a = 1; ，然後執行 int b = 2; 最後執行int c = a + b;。

深入理解Java多執行緒與併發框（第③篇）——Java記憶體模型與原子性、可見性、有序性

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