Java 内存模型中的工作内存跟主内存的物理概念是什么

[fatyoung]

本地内存=cpu 高速缓存？
主内存=内存？
不知道这样理解对不对，看到网上有人说本地内存=cpu 寄存器里的内容，但是我细细一想，如果指的是 cpu 寄存器，那假设有个 cpu 是单核的，只有一个核心，也就是说只有一个寄存器，那本地内存跟主内存之间的可见性问题不就不存在了？因为内存就一份，本地内存也就一份了（一个寄存器）。
求解答。

[BBCCBB]

cpu 的每个核都有自己的工作内存.. 什么 l1,l2,l3, 寄存器.. 目的就是优化访问主内存的耗时.

单个核的话我理解也是可以降低访问主存的耗时的.

楼主可以去看看访问主存, l1, l2, l3, 寄存器各需要多少时间..

[Mithril]

CPU 里面的叫 Cache 和 Register，内存上的叫 Memory 。
CPU 在计算时没法直接访问 Memory，会先从 Memory 搬到 Cache 里面然后再从 Cache 里读。
概念这种不太清楚的话可以看看英文的。

[cqsc]

Java 内存模型是对硬件内存、缓存的一层抽象 主要屏蔽 OS 和平台的差异化 可以让你在写 Java 代码的时候不需要过度关注访问内存时的细节

[raaaaaar]

了解下存储器的分层体系结构吧，再了解下地址空间，虚拟存储器的概念。

[Jooooooooo]

找本操作系统的书看看

感觉是现代计算机基本的架构没搞明白

[seers]

读一下深入理解计算机原理，基础要打牢啊

[fatyoung]

@Mithril 所以 java 内存模型里的工作内存就是 CPU 里的 Cache，是这个意思吗？

[fatyoung]

谢谢楼上所有的回复。。我确实对操作系统的一些概念很模糊

[Mithril]

@fatyoung 不是，完全不是一样的概念。
我说的那个是硬件本身的东西，物理上存在的。
Java 的 JVM 本身是个抽象的概念，它只是个虚拟机，不是物理上的机器，是运行在操作系统上的。
总的来说就是 CPU+Memory -> OS -> JVM 这样的关系。
在两层抽象以后，Java 内存模型里面的这些东西并没有能完全对应的物理概念。它只是在 JVM 这个抽象层次上对物理概念的一个模拟而已。

[fatyoung]

@Mithril 很感谢老哥的细心解答。我之前是觉得 java 内存模型跟 CPU 是可以联系起来的：JVM 是操作系统里的一个用户态，一个进程，要操作硬件只能通过操作系统内核的一些指令去执行，内核的这些指令就可以直接或间接地给 CPU 发送硬件级别的指令了。这样 JVM 就跟 CPU 联系起来了，所以我就很想知道 java 内存模型里的概念，是不是在 CPU 是能找到对应的物理实现的。

[sagaxu]

Java 内存模型是建立在抽象虚拟机上的，所有的描述都是针对这个实际并不存在的机器模型。但是具体 JVM 实现，还是要落地的，在不同的 arch 下映射到不同的硬件。

这个有点类似 OSI 7 层参考模型，对应到实际网络模型时只有 4 层了。

[ljzxloaf]

主内存和工作内存这概念就是误人子弟，我找了半天发现只有一个出处，就是周志明的那本 jvm 书。搜索“jmm work memory”或者“jmm main memory”都没搜到有用的结果。有时候这些过时的概念真的让人费解，比如分布式领域的“CAP”理论就是典型的例子。

了解 CPU 的人都知道，CPU 有个 l1 缓存，l1 缓存是每个核的本地缓存，那么就会出现一个对共享变量访问顺序的问题（或者叫一致性问题）。打个比方，CPU0 先修改了共享变量 X，CPU1 应该什么时候感知到这个修改，如果需要立即感知的话，CPU0 在修改的时候就需要把 CPU1 的本地 X 缓存（ l1 ）先清理掉，但是这样势必会导致 CPU 整体执行效率的下降，而如果不需要保证这点，那 CPU 效率就会提升很多。有人会觉得这种顺序肯定是要保证的吧，其实不一定的，比如在分布式存储上很多都是保证不了这一点，不还是有很多应用吗？单机和分布式是类似的，而多 CPU 已经是分布式架构了。
如果真的要强行类比的话，主内存好比是 PC 存储结构中的内存（ L2 、L3 缓存也算），工作内存就好比是 L1 缓存（一些寄存器也算）。

为啥说是强行类比呢？因为有更好的类比方式。JVM 规范之于 java 应用来说就如同 ISA 之于 os 上的应用，不同的 ISA 对于多核环境下对共享内存的访问一致性有不同的规则，有的是完全不管顺序，有的可能会保证全局顺序，更多的是介于二者之间的（详情请看论文 1 section 7 ）；而 JVM 是跨平台的，不可能跟着 ISA 的规则走，那样的话同样的代码运行在不同的平台结果就会不一样，所以得制定一个统一的规则。目前描述这种偏序关系广泛采用的方式是 happens-before，java 也是采用的这种（好像一开始规定了一些乱七八糟的规范，但是我没找到周志明书上写的那些内容出处，如果有找到出处的同学麻烦 @我一下）。



CPU 缓存的概念性理解
http://www.puppetmastertrading.com/images/hwViewForSwHackers.pdf
Intel 乱序执行的规范
http://www.cs.cmu.edu/~410-f10/doc/Intel_Reordering_318147.pdf
Java 同步规范
https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html

[ljzxloaf]

@ljzxloaf #12
jmm 规范
https://download.oracle.com/otn-pub/jcp/memory_model-1.0-pfd-spec-oth-JSpec/memory_model-1_0-pfd-spec.pdf?AuthParam=1620902039_0254b321773beb67d4ea76e5fff7b71e

[ljzxloaf]

@ljzxloaf #12 推荐阅读一下《计算机体系结构：量化研究方法》第五章，虽然翻译比较古老，但是应该也能理解

[namelosw]

不太熟 Java，但是我理解 Java 的虚拟机和普通 CPU 形式还不太一样

JVM 和 .Net 的 CLR 是 stack machine，运行的时候指令靠一个 stack 来回弹就够了

普通 CPU 的指令集操作的是 register machine，有 N 个寄存器地址

Lua 的虚拟机倒是 register machine

[Michaelssss]

你就记得，一个是 CPU 能直接看到，一个是 CPU 查找后能看到

[halo117]

@ljzxloaf main memory 和 working memory 这两个印象是在 JDK 1.5/1.6 旧文档中有提及，现在文档没再提这个，而周志明的书就是按照当时 JVM 文档翻译过来的，虽然书说明为逻辑概念，但 main memory 就是直观理解的内存，而 working memory 就是指 cpu cache 一类。

[fatyoung]

@halo117 我就是看了周志明老师的那本书才有此疑惑。像楼上那位老哥说的，这之间隔着两层抽象，应该是无法对应上的。

[fatyoung]

@ljzxloaf 感谢推书。一定会看，也谢谢老哥的详细解答

[fatyoung]

@ljzxloaf 《 Java 并发编程实战》书中也有对 work memory 跟 main memory 的介绍

[fatyoung]

其实我还有个疑惑。。。JVM 中的程序计数器（ PC 寄存器）的物理实现是不是就类似于 CPU 中寄存器？
因为这两者都是用于线程切换时保存当前线程执行的指令位置，主要是为了当前线程重新获得时间片之后的后续执行。如果说得不对大家就当看个笑话哈哈。。

[GrayXu]

@halo117 难怪从来没见过这个概念。。。看到这标题直接懵了我

[ljzxloaf]

@fatyoung #21
对应 eip

[halo117]

搜索一下就找到原文说法了，docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se6/html/Threads.doc.html，就是 cpu cache 无疑

[halo117]

Every thread has a working memory in which it keeps its own working copy of variables that it must use or assign. As the thread executes a program, it operates on these working copies. The main memory contains the master copy of every variable. There are rules about when a thread is permitted or required to transfer the contents of its working copy of a variable into the master copy or vice versa.