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第二章JMM

在介绍Java内存模型之前，先来看一下到底什么是计算机内存模型。

第一节：计算机结构

目标

学习计算机的主要组成学习缓存的作用

计算机结构简介

冯诺依曼，提出计算机由五大组成部分，输入设备，输出设备存储器，控制器，运算器。

CPU

中央处理器，是计算机的控制和运算的核心，我们的程序最终都会变成指令让CPU去执行，处理程序中的数据。

内存

我们的程序都是在内存中运行的，内存会保存程序运行时的数据，供CPU处理。

缓存

CPU的运算速度和内存的访问速度相差比较大。这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间。内存的读写速度成为了计算机运行的瓶颈。==于是就有了在CPU和主内存之间增加缓存的设计==。最靠近CPU的缓存称为L1，然后依次是 L2，L3和主内存，CPU缓存模型如图下图所示。

CPU Cache分成了三个级别: L1， L2， L3。级别越小越接近CPU，速度也更快，同时也代表着容量越小。

1.L1是最接近CPU的，它容量最小，例如32K，速度最快，每个核上都有一个L1 Cache。

L2 Cache 更大一些，例如256K，速度要慢一些，一般情况下每个核上都有一个独立的L2 Cache。
L3 Cache是三级缓存中最大的一级，例如12MB，同时也是缓存中最慢的一级，在同一个CPU插槽之间的核共享一个L3 Cache。

Cache的出现是为了解决CPU直接访问内存效率低下问题的，程序在运行的过程中，CPU接收到指令后，它会最先向CPU中的一级缓存（L1 Cache）去寻找相关的数据，如果命中缓存，CPU进行计算时就可以直接对CPU Cache中的数据进行读取和写人，== 当运算结束之后，再将CPUCache中的最新数据刷新到主内存当中 ==，CPU通过直接访问Cache的方式替代直接访问主存的方式极大地提高了CPU 的吞吐能力。但是由于一级缓存（L1 Cache）容量较小，所以不可能每次都命中。这时CPU会继续向下一级的二级缓存（L2 Cache）寻找，同样的道理，当所需要的数据在二级缓存中也没有的话，会继续转向L3Cache、内存(主存)和硬盘。

小结

计算机的主要组成CPU，内存，输入设备，输出设备。

第二节：Java内存模型

目标

学习Java内存模型的概念和作用

Java Memory Molde ( Java内存模型/JMM)，千万不要和Java内存结构混淆

关于“Java内存模型”的权威解释，请参考 https://download.oracle.com/otn-pub/jcp/memory_model- 1.0-pfd-spec-oth-JSpec/memory_model-1_0-pfd-spec.pdf。

Java内存模型，是Java虚拟机规范中所定义的一种内存模型，Java内存模型是标准化的，屏蔽掉了底层不同计算机的区别。

Java内存模型是一套规范，描述了Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节，具体如下。

主内存

主内存是所有线程都共享的，都能访问的。所有的 共享变量都存储于主内存 。

工作内存

每一个线程有自己的工作内存，工作内存只存储该线程对共享变量的副本。线程对变量的所有的操作(读，取)都必须在工作内存中完成，而不能直接读写主内存中的变量，不同线程之间也不能直接访问对方工作内存中的变量。

Java内存模型的作用

Java内存模型是一套在多线程读写共享数据时，对共享数据的可见性、有序性、和原子性的规则和保障。

synchronized, volatile

CPU缓存，内存与Java内存模型的关系

通过对前面的CPU硬件内存架构、Java内存模型以及Java多线程的实现原理的了解，我们应该已经意识到，多线程的执行最终都会映射到硬件处理器上进行执行。

但Java内存模型和硬件内存架构并不完全一致。对于硬件内存来说只有寄存器、缓存内存、主内存的概念，并没有工作内存和主内存之分，也就是说 Java 内存模型对内存的划分对硬件内存并没有任何影响，因为 JMM 只是一种抽象的概念，是一组规则，不管是工作内存的数据还是主内存的数据，对于计算机硬件来说都会存储在计算机主内存中，当然也有可能存储到CPU缓存或者寄存器中，因此总体上来说，

Java内存模型和计算机硬件内存架构是一个相互交叉的关系，是一种抽象概念划分与真实物理硬件的交叉。