Java内存模型-JMM

Java内存模型-JMM

并发编程

• 在并发编程中需要考虑2个关键问题：线程之前如何通信？线程之前如何同步？
• 通信：线程之间通过何种机制来交换信息
  • 同步：程序用于控制不同线程之间操作发生发生相对顺序的机制
• 并发模型
  • 共享内存：
    • 隐式通信：线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式的进行通信
    • 显式同步：程序员必须显式的某个方法或某段代码需要在线程之间互斥进行
  • 消息传递：
    • 显式通信：线程之间必须通过明确的发送消息来显式的进行通信
    • 隐式同步：消息的发送必须在消息接收之前
• 三大特性：
  • 原子性：一个操作或者多个操作要么全部执行要么全部不执行；
  • 可见性：当多个线程同时访问一个共享变量时，如果其中某个线程更改了该共享变量，其他线程应该可以立刻看到这个改变;
  • 有序性：程序的执行要按照代码的先后顺序执行；

Java内存模型–JMM

• JMM：Java虚拟机规范中试图定义一种java内存模型，来屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果；

• 定义了些啥：

  • 主内存与工作内存：

    • 所有变量都存储在主内存；
    • 每个线程都有自己的工作线程；
    • 线程的工作内存中保存了所需变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中，线程间变量的值需要通过主内存传递；

  • 内存见交互操作：

    • 定义了主内存与工作内存之间具体的交互协议
    • 8种原子操作：lock、unlock、read、load、use、assign、store、write
    • 定义了这8中操作的一些规则

  • 对于volatile变量的一些特殊规则

  • 对于long和double型的变量的特殊规则

    • 允许虚拟机实现可以选择不保证64位数据类型的load、store、read、write的原子性

  • 备注：规则的具体内容自行参看《深入理解java虚拟机》第12章的内容

原子性、可见性、有序性

• 原子性：

  • 直接保证原子性的变量操作：read、load、use、assign、store、write
  • 提供字节码指令：monitorenter、monitorexit来隐式的使用lock、unlock这两个指令（synchronized）

• 可见性：

  • 指当一个线程修改了共享编程的值，其他线程能够立即得知这个修改
  • volatile、synchronized、final

• 有序性：

  • 在本线程内观察所有的操作都是有序的；在一个线程观察另一个线程，所有的操作都是无序的；

  • 前半句：线程内变现为串行的语义（As-If-Serial）

  • 后半句：“指令重排序”现象和“工作内存与主内存同步延迟”现象

  • volatile和synchronized

重排序

• 在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分三类：

  • 编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
  • 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序
  • 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读／写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行

Happens-Before

• “先行发生”原则
• 它是用来判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，依靠这个原则，我们可以解决在并发环境下两个操作之间是否存在冲突的问题
• 与程序员密切相关的 happens-before 规则如下：
  • 一个线程中的每个操作，happens-before 于该线程中的任意后续操作
  • 监视器锁规则：对一个监视器的解锁，happens-before 于随后对这个监视器的加锁
  • volatile 变量规则：对一个 volatile 域的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读
  • 传递性：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C
• 注意：两个操作之间具有 happens-before 关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！happens-before 仅仅要求前一个操作（执行的结果）对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二个操作之前

REF

《深入理解java虚拟机》
https://www.javazhiyin.com/15432.html