저우즈밍 님의 "JVM 밑바닥까지 파헤치기" 책을 정리한 포스팅 입니다

1. 자바 메모리 모델

자바 코드와 실제 메모리/CPU 사이의 추상화 규칙 집합
✅ OS/하드웨어에 상관없이 동일하게 동작하기 위한 명세
⚠️ 각 CPU는 캐시 구조가 다르고 메모리 일관성 모델이 다름
⚠️ 같은 자바 코드이더라도 CPU/OS에 따라 다르게 동작할 수 있음
➡️ 플랫폼에 상관없이 메모리를 일관된 방식으로 동작하도록 함 (가시성, 원자성, 순서 보장)

2. 메모리 상호작용

메모리 구조

항목	메인 메모리	작업 메모리
정의	모든 공유 변수가 저장되는 공간	각 스레드가 가지는 고유한 메모리 공간
접근 가능성	모든 스레드가 접근 가능	해당 스레드만 접근 가능
역할	프로그램 전역 상태 저장	메인 메모리의 복사본으로 작업 수행
데이터 이동	read/write 명령어로 작업 메모리와 상호작용	load/store 명령어로 메인 메모리와 동기화
특성	데이터 일관성을 위한 기준점	계산은 여기서 수행되고, 결과는 메인 메모리에 반영됨

프로토콜

모든 공유 변수는 메인 메모리에 존재
각 스레드는 자기만의 작업 메모리를 가짐
직접 메인 메모리를 쓰지 않고 복사본으로 작업함
➡️ 메인 메모리와 작업 메모리 간 상호작용을 위해 프로토콜이 정의됨

동작 순서) 프로토콜

read: 메인 메모리에서 값 읽기
load: 읽은 값을 작업 메모리에 올림
use: 연산 수행
assign: 작업 메모리에 값 변경
store: 메인 메모리에 쓸 준비
write: 메인 메모리에 실제 반영

Volatile

JVM이 제공하는 가장 가벼운 동기화 매커니즘
✅ 가시성과 순서 보장을 제공함 (락 사용 안함)
❌ 원자성 보장 안됨 (자바 명령어의 원자성 보장 안됨)

코드) 가시성

static boolean flag = false;

public static void main(String[] args) {
    new Thread(() -> {
        while (!flag) {
            // 무한 루프 가능
        }
        System.out.println("끝");
    }).start();

    flag = true;
}

다른 스레드에 의해 flag가 true로 변경됨
✅ 내 스레드는 자기 CPU 캐시값만 볼 수 있음
⚠️ 무한 루프 가능
➡️ 쓰기 시 다른 코어 캐시 무효화하고 읽기 시 최신 값을 읽도록 함

코드) 순서 보장

private static Singleton instance;

static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}

CPU/JIT는 성능을 위해 명령어 순서를 변경할 수 있음
✅ 원래 순서: 메모리 할당 → 생성자 호출 → instance 참조 저장
✅ 정렬된 순서: 메모리 할당 → instance 참조 저장 → 생성자 호출
⚠️ 다른 스레드가 초기화 안된 객체를 볼 수 있음
➡️ 해당 변수 앞 뒤에 메모리 배리어를 삽입하여 재정렬 방지함

선행 발생 규칙

스레드간의 동작 순서와 메모리 가시성을 정의하는 원칙
A가 B보다 먼저 발생하면, A의 변경은 B에게 반드시 보임

규칙	설명
프로그램 순서 규칙	하나의 스레드 안에서는 코드가 작성된 순서대로 실행됨
모니터 락 규칙	락 해제 전에 쓴 값은 다음 락 획득 스레드에게 반드시 보임
volatile 변수 규칙	volatile write 이전의 모든 작업은 read 이후에 반드시 보임
스레드 시작 규칙	Thread.start() 이전의 작업은 새 스레드 내부에서 항상 보임
스레드 종료 규칙	Thread.join() 이후 작업은 내부 모든 작업 이후에 실행됨

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