Java 内存模型
说到底虚拟机玩的再花,要什么有什么,最终还是要和底层 RAM 进行交互的嘛
所以就需要一套规范来定义 JVM 到底与底层如何交互
。
Java 内存模型的主要目标是定义程序中各个变量的访问规则,即在虚拟机中将变量存储到内存和从内存中取出变量这样底层细节。只针对于共享变量
各个线程有自己的工作内存,工作内存相互独立。线程对变量的所有操作(读取、赋值)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。
- 那么问题来了,就像缓存与 DB 的关系一样,他们如何保持一致性与可见性呐?
JMM 定义了 8 种操作 和 8个规则。
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。
当划分后, JMM 保证线程安全就是围绕原子性、可见性、有序性这 3 个特性来建立的。
那么是如何实现的呐?
如何保证线程安全?
什么是线程安全?当多个线程访问一个类时,如果不考虑这些线程在运行时环境下的调度和交替执行,并且不需要额外的同步以及在调用方代码不必作其他协调,这个类的行为依然正确,那么就称这个类是线程安全的
Java 内存模型规范了 JVM 如何提供 按需禁用缓存,保证可见性,禁用编译优化,保证有序性,禁用上下文切换,保证原子性的的方法。具体来说,这些方法包括 volatile、synchronized 和 final 三个关键字,以及六项 Happens-Before 规则。
原子性
- synchronized 关键字
可见性(主要)
- volatile 关键字
有序性(主要)
- 八项 Happens-Before规则 —前面一个操作的结果对后续操作可见
- volatile 关键字
(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。
底层如何实现的?
主要是通过 内存屏障(memory barrier)来实现的,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 CPU 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,强制刷新缓存等。