Java内存模型

并发编程模型的两个关键问题

  1. 线程之间如何通信(以何种机制来交换信息)

    在命令式编程中,线程之间的通信机制有两种,共享内存和消息传递

    Java并发采用的是共享内存模型 Java线程之间的通信总是隐式进行…

  2. 线程之间如何同步

    同步是指程序中用于控制不同线程间操作发生相对顺序的机制.

    共享内存并发模型里,同步是显式进行的.程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行.

    消息传递的并发模型里,由于消息的发送必须在消息的接收之前,因此同步是隐式进行的

Java内存模型的抽象结构

在Java中,所有实例域,静态域和数组元素都存储在堆内存中,堆内存在线程之间共享.

局部变量和异常处理器参数不会在线程之间共享,因此他们不会有内存可见性问题,也不会受内存模型的影响.

这跟JVM堆栈的知识匹配上了

Java线程之间的通信由Java内存模型控制,JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见

线程之间的共享变量储存在主内存

每一个线程都有一个私有的本地内存

本地内存存储了该线程以读/写共享变量的副本**.本地内存是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.

如果线程A和线程B之间要通信的话,必须经过下列2个步骤

  1. 线程A把本地内存中更新过的共享变量刷新到主内存中去

  2. 线程B到主内存中去读取线程A已更新过的共享变量

这个通信过程必须经过主内存.

从源代码到指令序列的重排序

在执行程序的时候,为了提高性能,编译器和处理器常常会对指令做重排序.

重排序分三种

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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乱序执行

从JAVA源代码到最终执行的指令序列,会分别经历下面3种重排序

  1. 源代码
  2. 编译器优化重排序
  3. 指令级并行重排序
  4. 内存系统重排序
  5. 最终执行的指令序列

这些重排序可能会导致多线程程序出现内存可见性问题

对于编译器重排序

JMM的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序(不是所有的编译器重排序都要禁止)

对于处理器重排序

JMM的处理器重排序规则会要求Java编译器在生成指令序列时,插入特定类型的内存屏障,通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序

内存屏障?

屏障类型 指令示例 说明
LoadLoad Barriers Load1;LoadLoad;Load2 确保Load1数据的装载先于Load2及所有后续装载指令的装载
StoreStore Barriers Store1;StoreStore;Store2 确保Store1数据对其他处理器可见(刷新到内存)先于Store2以及所有后续存储指令的存储
LoadStrore Barriers Load1;LoadStore;Store2 确保Load1数据装载先于Store2以及所有后续存储指令的存储
StoreLoad Barriers Store1;StoreLoad;Load2 确保Store1数据对其他处理器变得可见(指刷新到内存)先于Load2及所有后续装载指令的装载.StoreLoad Barriers会使该屏障之前的所有内存访问指令(存储和装载指令)完成之后,才执行该屏障之后的内存访问指令

StoreLoad Barriers是一个全能型的内存屏障,同时具有其他3个屏障的效果.现在的多处理器大多支持.执行该屏障的开销会很昂贵,因为处理器通常要把写缓冲区中的数据全部刷新到内存中

happens-before简介

从JDK5开始,Java使用新的JSR-133内存模型

JSR-133使用happens-before的概念来阐述操作之间的内存可见性.

在JMM中,如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见,那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系,这里提到的两个操作既可以在一个线程之内,也可以在不同线程之间

happens-before规则如下

  • 程序顺序规则: 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: 对一个锁的解锁,happens-before于随后对这个锁的加锁
  • volatile变量规则: 对一个域的写,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-beforeC, 那么A happens- before C

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! 仅仅要求前一个操作的执行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

….

看了半天还是没懂..先暂停