【并发编程】JAVA内存模型

 2019-12-10 15:54  阅读(862)
文章分类:Java Core

JAVA内存模型

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定义

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。抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存中,每个线程都有一个私有的本地内存。本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念,并不是真实存在。

上图的通信过程

1、线程A把本地内存A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之间已更新过的共享变量

上面两个步骤实质上是线程A将更新过的共享变量刷新到主内存中去后,然后发送消息给线程B,线程B若已经从主存读取更新之间的共享变量副本,此时要置为无效,重新从主内存中读取更新后的共享变量值。这个过程,JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互,来为Java程序源提供内存可见性。

JMM禁止重排序

JMM属于语言级的内存模型,它确保在不同的编译器和不同的处理器平台之上,通过禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序,为程序员提供一致的内存可见性保证。

JMM同步操作

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lock(锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为一条线城独占状态

unlock(解锁):作用于主内存的变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量裁可以被其他线程锁定

read(读取):作用于内存的变量,把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用。

load(载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。

use(使用):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎

assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量

store(存储):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write的操作

write(写入):作用于主内存的变量,它把store操作从工作内存中一个变量的值传送到主内存的变量中

JMM同步规则

1、如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存中,就需要按顺序的执行read和load操作,如果把变量从工作内存中同步回主内存中,就要按顺序的执行store和write操作。但Java内存模型只要求上述操作必须按顺序执行,而没有保证必须是连续执行

2、不允许read和load、store和write操作之一单独出现

3、不允许一个线程丢弃它的最近assign的操作,即变量在工作内存中改变了之后必须同步到主内存中

4、不允许一个线程无原因地(没有发生过任何assign操作)把数据从工作内存同步回主内存中

5、一个新的变量只能在主内存中诞生,不允许在工作内存直接使用一个未被初始化(load或assign)的变量。即就是对一个变量实施use和store操作之前,必须先执行过了assign和load操作。

6、一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,多次执行lock后,只有执行相同次数的unlock操作,变量才会被解锁。lock和unlock必须成对出现

7、如果对一个变量执行lock操作,将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值

8、如果一个变量事先没有被lock操作锁定,则不允许对它执行unlock操作,也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量

9、对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步到主内存中(执行store和write操作)

happens-before法则

在JMM中,如果一个操作执行的结果需对另一个操作可见,那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系

与程序员密切相关的happens-before规则如下:

1、程序顺序规则:

一个线程中每个操作,happens-before与该线程中的任意后续操作

2、监视器锁规则:

对一个锁的解锁,happens-before与随后对这个锁的枷锁

3、volatile变量规则:

对一个volatile域的写,happens-before与任意后续对这个volatile域的读

4、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
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一个happens-before规则对应于一个或多个编译器和处理器重排序规则。对 于Java程序员来说,happens-before规则简单易懂,它避免Java程序员为了理解JMM提供的内存可见性保证而去学习复杂的重排序规则以及这些规则的具体实现方法。

as-if-serial语义

as-if-serial语义的意思是:不管怎么重排序(编译器和处理器为了提高并行度),(单线程) 程序的执行结果不能被改变。编译器、runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义。

    为了遵守as-if-serial语义,编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序,因为这种重排序会改变执行结果。但是,如果操作之间不存在数据依赖关系,这些操作就可能被编译器和处理器重排序
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