面試官：我記得上一次已經(jīng)問過了為什么要有Java內(nèi)存模型

面試官：我記得你的最終答案是：Java為了屏蔽硬件和操作系統(tǒng)訪問內(nèi)存的各種差異，提出了「Java內(nèi)存模型」的規(guī)范，保證了Java程序在各種平臺(tái)下對(duì)內(nèi)存的訪問都能得到一致效果

候選者：嗯，對(duì)的

面試官：要不，你今天再來講講Java內(nèi)存模型這里邊的內(nèi)容唄？

候選者：嗯，在講之前還是得強(qiáng)調(diào)下：Java內(nèi)存模型它是一種「規(guī)范」，Java虛擬機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)這個(gè)規(guī)范。

候選者：Java內(nèi)存模型主要的內(nèi)容，我個(gè)人覺得有以下幾塊吧

候選者：1. Java內(nèi)存模型的抽象結(jié)構(gòu)

候選者：2. happen-before規(guī)則

候選者：3.對(duì)volatile內(nèi)存語義的探討（這塊我后面再好好解釋）

面試官：那要不你就從第一點(diǎn)開始唄？先聊下Java內(nèi)存模型的抽象結(jié)構(gòu)？

候選者：嗯。Java內(nèi)存模型定義了：Java線程對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行交互的規(guī)范。

候選者：線程之間的「共享變量」存儲(chǔ)在「主內(nèi)存」中，每個(gè)線程都有自己私有的「本地內(nèi)存」，「本地內(nèi)存」存儲(chǔ)了該線程以讀/寫共享變量的副本。

候選者：本地內(nèi)存是Java內(nèi)存模型的抽象概念，并不是真實(shí)存在的。

候選者：順便畫個(gè)圖吧，看完圖就懂了。

候選者：Java內(nèi)存模型規(guī)定了：線程對(duì)變量的所有操作都必須在「本地內(nèi)存」進(jìn)行，「不能直接讀寫主內(nèi)存」的變量

候選者：Java內(nèi)存模型定義了8種操作來完成「變量如何從主內(nèi)存到本地內(nèi)存，以及變量如何從本地內(nèi)存到主內(nèi)存」

候選者：分別是read/load/use/assign/store/write/lock/unlock操作

候選者：看著8個(gè)操作很多，對(duì)變量的一次讀寫就涵蓋了這些操作了，我再畫個(gè)圖給你講講

候選者：懂了吧？無非就是讀寫用到了各個(gè)操作（：

面試官：懂了，很簡(jiǎn)單，接下來說什么是happen-before吧？

候選者：嗯，好的（：

候選者：按我的理解下，happen-before實(shí)際上也是一套「規(guī)則」。Java內(nèi)存模型定義了這套規(guī)則，目的是為了闡述「操作之間」的內(nèi)存「可見性」

候選者：從上次講述「指令重排」就提到了，在CPU和編譯器層面上都有指令重排的問題。

候選者：指令重排雖然是能提高運(yùn)行的效率，但在并發(fā)編程中，我們?cè)诩骖櫋感省沟那疤嵯?，還希望「程序結(jié)果」能由我們掌控的。

候選者：說白了就是：在某些重要的場(chǎng)景下，這一組操作都不能進(jìn)行重排序，「前面一個(gè)操作的結(jié)果對(duì)后續(xù)操作必須是可見的」。

面試官：嗯…

候選者：于是，Java內(nèi)存模型就提出了happen-before這套規(guī)則，規(guī)則總共有8條

候選者：比如傳遞性、volatile變量規(guī)則、程序順序規(guī)則、監(jiān)視器鎖的規(guī)則…（具體看規(guī)則的含義就好了，這塊不難）

候選者：只要記住，有了happen-before這些規(guī)則。我們寫的代碼只要在這些規(guī)則下，前一個(gè)操作的結(jié)果對(duì)后續(xù)操作是可見的，是不會(huì)發(fā)生重排序的。

面試官：我明白你的意思了

面試官：那最后說下volatile？

候選者：嗯，volatile是Java的一個(gè)關(guān)鍵字

候選者：為什么講Java內(nèi)存模型往往就會(huì)講到volatile這個(gè)關(guān)鍵字呢，我覺得主要是它的特性：可見性和有序性(禁止重排序)

候選者：Java內(nèi)存模型這個(gè)規(guī)范，很大程度下就是為了解決可見性和有序性的問題。

面試官：那你來講講它的原理吧，volatile這個(gè)關(guān)鍵字是怎么做到可見性和有序性的

候選者：Java內(nèi)存模型為了實(shí)現(xiàn)volatile有序性和可見性，定義了4種內(nèi)存屏障的「規(guī)范」，分別是LoadLoad/LoadStore/StoreLoad/StoreStore

候選者：回到volatile上，說白了，就是在volatile「前后」加上「內(nèi)存屏障」，使得編譯器和CPU無法進(jìn)行重排序，致使有序，并且寫volatile變量對(duì)其他線程可見。

候選者：Java內(nèi)存模型定義了規(guī)范，那Java虛擬機(jī)就得實(shí)現(xiàn)啊，是不是？

面試官：嗯…

候選者：之前看過Hotspot虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)，在「匯編」層面上實(shí)際是通過Lock前綴指令來實(shí)現(xiàn)的，而不是各種fence指令（主要原因就是簡(jiǎn)便。因?yàn)榇蟛糠制脚_(tái)都支持lock指令，而fence指令是x86平臺(tái)的）。

候選者：lock指令能保證：禁止CPU和編譯器的重排序（保證了有序性）、保證CPU寫核心的指令可以立即生效且其他核心的緩存數(shù)據(jù)失效（保證了可見性）。

面試官：那你提到這了，我想問問volatile和MESI協(xié)議是啥關(guān)系？

候選者：它們沒有直接的關(guān)聯(lián)。

候選者：Java內(nèi)存模型關(guān)注的是編程語言層面上，它是高維度的抽象。MESI是CPU緩存一致性協(xié)議，不同的CPU架構(gòu)都不一樣，可能有的CPU壓根就沒用MESI協(xié)議…

候選者：只不過MESI名聲大，大家就都拿他來舉例子了。而MESI可能只是在「特定的場(chǎng)景下」為實(shí)現(xiàn)volatile的可見性/有序性而使用到的一部分罷了（：

面試官：嗯…

候選者：為了讓Java程序員屏蔽上面這些底層知識(shí)，快速地入門使用volatile變量

候選者：Java內(nèi)存模型的happen-before規(guī)則中就有對(duì)volatile變量規(guī)則的定義

候選者：這條規(guī)則的內(nèi)容其實(shí)就是：對(duì)一個(gè) volatile 變量的寫操作相對(duì)于后續(xù)對(duì)這個(gè) volatile 變量的讀操作可見

候選者：它通過happen-before規(guī)則來規(guī)定：只要變量聲明了volatile 關(guān)鍵字，寫后再讀，讀必須可見寫的值。（可見性、有序性）

面試官：嗯…了解了

本文總結(jié)：

• 為什么存在Java內(nèi)存模型：Java為了屏蔽硬件和操作系統(tǒng)訪問內(nèi)存的各種差異，提出了「Java內(nèi)存模型」的規(guī)范，保證了Java程序在各種平臺(tái)下對(duì)內(nèi)存的訪問都能得到一致效果
• Java內(nèi)存模型抽象結(jié)構(gòu)：線程之間的「共享變量」存儲(chǔ)在「主內(nèi)存」中，每個(gè)線程都有自己私有的「本地內(nèi)存」，「本地內(nèi)存」存儲(chǔ)了該線程以讀/寫共享變量的副本。線程對(duì)變量的所有操作都必須在「本地內(nèi)存」進(jìn)行，而「不能直接讀寫主內(nèi)存」的變量
• happen-before規(guī)則：Java內(nèi)存模型規(guī)定在某些場(chǎng)景下（一共8條），前面一個(gè)操作的結(jié)果對(duì)后續(xù)操作必須是可見的。這8條規(guī)則成為happen-before規(guī)則
• volatile：volatile是Java的關(guān)鍵字，修飾的變量是可見性且有序的（不會(huì)被重排序）?？梢娦杂蒱appen-before規(guī)則完成，有序性由Java內(nèi)存模型定義的「內(nèi)存屏障」完成，實(shí)際HotSpot虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)Java內(nèi)存模型規(guī)范，匯編底層通過Lock指令來實(shí)現(xiàn)。

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