内存模型

如前文所述，现代计算机通常有两个或者更多的 CPU，一些 CPU 还有多个核；其允许多个线程同时运行，每个 CPU 在某个时间片内运行其中的一个线程。在《存储管理》一节中我们介绍了计算机系统中的不同的存储类别：

每个 CPU 包含多个寄存器，这些寄存器本质上就是 CPU 内存；CPU 在寄存器中执行操作的速度会比在主内存中操作快非常多。每个 CPU 可能还拥有 CPU 缓存层，CPU 访问缓存层的速度比访问主内存块很多，但是却比访问寄存器要慢。计算机还包括主内存（RAM），所有的 CPU 都可以访问这个主内存，主内存一般都比 CPU 缓存大很多，但速度要比 CPU 缓存慢。当一个 CPU 需要访问主内存的时候，会把主内存中的部分数据读取到 CPU 缓存，甚至进一步把缓存中的部分数据读取到内部的寄存器，然后对其进行操作。当 CPU 需要向主内存写数据的时候，会将寄存器中的数据写入缓存，某些时候会将数据从缓存刷入主内存。无论从缓存读还是写数据，都没有必要一次性全部读出或者写入，而是仅对部分数据进行操作。

并发编程中的问题，往往源于缓存导致的可见性问题、线程切换导致的原子性问题以及编译优化带来的有序性问题。以 Java 虚拟机为例，每个线程都拥有一个属于自己的线程栈（调用栈），随着线程代码的执行，调用栈会随之改变。线程栈中包含每个正在执行的方法的局部变量。每个线程只能访问属于自己的栈。调用栈中的局部变量，只有创建这个栈的线程才可以访问，其他线程都不能访问。即使两个线程在执行一段相同的代码，这两个线程也会在属于各自的线程栈中创建局部变量。因此，每个线程拥有属于自己的局部变量。所有基本类型的局部变量全部存放在线程栈中，对其他线程不可见。一个线程可以把基本类型拷贝到其他线程，但是不能共享给其他线程，而无论哪个线程创建的对象都存放在堆中。

在内存模型中我们可能会涉及到如下相关的概念术语：