并发编程学习笔记之Java 内存模型

Java内存模型总结起来就是:

1. 为什么定义Java内存模型?

现代计算机体系大部是采用的对称多处理器的体系架构。每个处理器均有独立的寄存器组和缓存,多个处理器可同时执行同一进程中的不同线程,这里称为处理器的乱序执行。在Java 中,不同的线程可能访问同一个共享或共享变量。如果任由编译器或处理器对这些访问进行优化的话,很有可能出现无法想象的问题,这里称为编译器的重排序。除了处理器的乱序执行、编译器的重排序,还有内存系统的重排序。因此Java 语言规范引入了Java 内存模型,通过定义多项规则对编译器和处理器进行限制,主要是针对可见性和有序性。

2. 三个基本原则:

  • 原子性
  • 可见性
  • 有序性

3. Java 内存模型涉及的几个关键词:

锁、volatile 字段、final 修饰符与对象的安全发布。
其中:第一是锁,锁操作是具备happens-before 关系的,解锁操作happens-before 之后对同一把锁的加锁操作。实际上,在解锁的时候,JVM需要强制刷新缓存,使得当前线程所修改的内存对其他线程可见。
第二是volatile 字段,volatile 字段可以看成是一种不保证原子性的同步但保证可见性的特性,其性能往往是优于锁操作的。但是,频繁地访问volatile 字段也会出现因为不断地强制刷新缓存而影响程序的性能的问题。
第三是final 修饰符,final 修饰的实例字段则是涉及到新建对象的发布问题。当一个对象包含final 修饰的实例字段时,其他线程能够看到已经初始化的final 实例字段,这是安全的。

4. Happens-Before的7个规则:

不能理解为“先行发生”, 而是 前面一个操作的结果对后续是可见的
(1).程序次序规则:在一个线程内,按照程序代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。准确地说,应该是控制流顺序而不是程序代码顺序,因为要考虑分支、循环等结构。
(2).管程锁定规则:一个unlock 操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作。这里必须强调的是同一个锁,而"后面"是指时间上的先后顺序。
(3).volatile变量规则:对一个volatile 变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作,这里的"后面"同样是指时间上的先后顺序。
(4).线程启动规则:Thread 对象的start() 方法先行发生于此线程的每一个动作。
(5).线程终止规则:线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测,我们可以通过Thread.join() 方法结束、Thread.isAlive() 的返回值等手段检测到线程已经终止执行。
(6).线程中断规则:对线程interrupt() 方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生,可以通过Thread.interrupted() 方法检测到是否有中断发生。
(7).对象终结规则:一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize()方法的开始。

5. Happens-Before 的1个特性:

传递性。

6. Java内存模型底层怎么实现的?

主要是通过内存屏障(memory barrier)禁止重排序的,即时编译器根据具体的底层体系架构,将这些内存屏障替换成具体的 CPU 指令。对于编译器而言,内存屏障将限制它所能做的重排序优化。而对于处理器而言,内存屏障将会导致缓存的刷新操作。比如,对于volatile,编译器将在volatile 字段的读写操作前后各插入一些内存屏障。

参考

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