可见性

Java内存模型

Java内存模型把Java虚拟机内部划分为线程栈和堆。每个线程都有自己的线程栈。如下图。

• 线程栈（Thread Stack）：线程栈中存放了本地变量（线程执行过程中在方法内定义的变量，无论是基本类型还是引用类型）

• 堆（Heap）：堆上则存放Java程序中创建的所有对象，一个对象包含的成员变量跟随对象一起存放在堆上

  

硬件内存架构

在多核CPU中，在同一时刻，可能每个CPU上边都同时分别跑着一个线程。

CPU缓存

• 寄存器：每个CPU都包含一系列的寄存器，它们是CPU内内存的基础（寄存器容量小，但访问速度远远大于内存）。
• 缓存层：每个CPU可能还有一个CPU缓存层。实际上，绝大多数的现代CPU都有一定大小的缓存层。CPU访问缓存层的速度快于访问主存的速度，但通常比访问内部寄存器的速度还要慢一点。一些CPU还有多层缓存。

CPU读写与缓存的关系

• 读：当一个CPU需要读取主存时，它会将主存的部分读到CPU缓存中。它甚至可能将缓存中的部分内容读到它的内部寄存器中，然后在寄存器中执行操作。
• 写：当CPU需要将结果写回到主存中去时，它会将内部寄存器的值刷新到缓存中，然后在某个时间点将值刷新回主存。

对于理解Java内存模型和内存交互原理，只需要知道CPU内部有一个缓存即可。如下图。

Java内存模型和硬件内存架构之间的桥接

硬件内存架构没有区分线程栈和堆。对于硬件，所有的线程栈和堆都分布在主内中。部分线程栈和堆可能有时候会出现在CPU缓存中和CPU内部的寄存器中。如下图。

产生问题

当对象和变量被存放在计算机中各种不同的内存区域中时，就可能会出现一些具体的问题。主要包括如下两个方面：

• 线程对共享变量修改的可见性
• 当读，写和检查共享变量时出现竞争条件（race conditions）

共享对象可见性

对于共享对象，多个CPU上的线程可以同时将其读到CPU缓存中，然后修改这个对象。只要CPU缓存没有被刷新会主存，对象修改后的版本对跑在其它CPU上的线程都是不可见的。这种方式可能导致每个线程拥有这个共享对象的私有拷贝，每个拷贝停留在不同的CPU缓存中。如下图。
从本质上来讲，这是CPU的自身速度优化，使最新的Java对象不能及时地在多个线程相互可见（一个特性的优化往往会对另一个特性造成缺口）

竞争条件

如果两个线程同时将整型变量count读到各自的CPU缓存中，并且同时对其执行+1操作，最后再将count写会到内存中，最终count的值只会被+1，而不是+2，尽管执行了两次+1操作。

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