【Android面试】Java-内存模型面试题

一、硬件的效率问题

计算机处理器处理绝大多数运行任务都不可能只靠处理器“计算”就能完成，处理器至少需要与内存交互，如读取运算数据、存储运算结果，这个I/O操作很难消除(无法仅靠寄存器完成所有运算任务)。 由于计算机的存储设备与处理器的运算速度有几个数量级的差距，为了避免处理器等待缓慢的内存读写操作完成，现 代计算机系统通过加入一层读写速度尽可能接近处理器运算速度的高速缓存。缓存作为内存和处理器之间的缓冲：将 运算需要使用到的数据复制到缓存中，让运算能快速运行，当运算结束后再从缓存同步回内存之中。

二、缓存一致性问题

基于高速缓存的存储系统交互很好地解决了处理器与内存速度的矛盾，但是也为计算机系统带来更高的复杂度，因为 引入了一个新问题：缓存一致性。 在多处理器的系统中(或者单处理器多核的系统)，每个处理器(每个核)都有自己的高速缓存，而它们有共享同一主内存(Main Memory)。当多个处理器的运算任务都涉及同一块主内存区域时，将可能导致各自的缓存数据不一致。 为此，需要各个处理器访问缓存时都遵循一些协议，在读写时要根据协议进行操作，来维护缓存的一致性。

三、代码乱序执行优化问题

为了使得处理器内部的运算单元尽量被充分利用，提高运算效率，处理器可能会对输入的代码进行乱序执行，处理器 会在计算之后将乱序执行的结果重组，乱序优化可以保证在单线程下该执行结果与顺序执行的结果是一致的，但不保 证程序中各个语句计算的先后顺序与输入代码中的顺序一致。

四、Java内存模型的组成

主内存 ：Java内存模型规定了所有变量都存储在主内存(Main Memory)中（此处的主内存与介绍物理硬件的主内存名字一样，两者可以互相类比，但此处仅是虚拟机内存的一部分）。

工作内存： 每条线程都有自己的工作内存(Working Memory，又称本地内存，可与前面介绍的处理器高速缓存类比)，线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存中的共享变量的副本拷贝。工作内存是 JMM 的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

五、JVM内存操作的并发问题

1、 工作内存数据一致性 各个线程操作数据时会保存使用到的主内存中的共享变量副本，当多个线程的运算任务都涉及同一个共享变量时，将导致各自的的共享变量副本不一致，如果真的发生这种情况，数据同步回主内存以谁的副本数据为准？ Java内存模型主要通过一系列的数据同步协议、规则来保证数据的一致性，后面再详细介绍。

2 、指令重排序优化 Java中重排序通常是编译器或运行时环境为了优化程序性能而采取的对指令进行重新排序执行的一种手段。重排序分为两类：编译期重排序和运行期重排序，分别对应编译时和运行时环境。 同样的，指令重排序不是随意重排序，它需要满足以下两个条件： 1）在单线程环境下不能改变程序运行的结果 即时编译器（和处理器）需要保证程序能够遵守 as-if-serial 属性。通俗地说，就是在单线程情况下，要给程序一个顺序执行的假象。即经过重排序的执行结果要与顺序执行的结果保持一致。 2）存在数据依赖关系的不允许重排序，多线程环境下，如果线程处理逻辑之间存在依赖关系，有可能因为指令重排序导致运行结果与预期不同，后面再展开Java内存模型如何解决这种情况。