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是在硬件内存模型基础上更高层的抽象#xf…JAVA内存模型
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Java内存模型Java Memory ModelJMM
是在硬件内存模型基础上更高层的抽象它屏蔽了各种硬件和操作系统对内存访问的差异性从而实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的并发效果。
主内存与工作内存
除了主内存每条线程还有自己的工作内存此处可与CPU的高速缓存进行类比。
工作内存中保存着该线程使用到的变量的主内存副本的拷贝线程对变量的操作都必须在工作内存中进行包括读取和赋值等而不能直接读写主内存中的变量。
不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量线程间变量值的传递必须通过主内存来完成。
内存间的交互操作
关于主内存与工作内存之间具体的交互协议Java内存模型定义了以下8种具体的操作来完成
1lock锁定作用于主内存的变量它把主内存中的变量标识为一条线程独占状态
2unlock解锁作用于主内存的变量它把锁定的变量释放出来释放出来的变量才可以被其它线程锁定
3read读取作用于主内存的变量它把一个变量从主内存传输到工作内存中以便后续的load操作使用
4load载入作用于工作内存的变量它把read操作从主内存得到的变量放入工作内存的变量副本中
5use使用作用于工作内存的变量它把工作内存中的一个变量传递给执行引擎每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作
6assign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变量赋值给工作内存的变量每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时使用这个操作
7store存储作用于工作内存的变量它把工作内存中一个变量的值传递到主内存中以便后续的write操作使用
8write写入作用于主内存的变量它把store操作从工作内存得到的变量的值放入到主内存的变量中
如果要把一个变量从主内存复制到工作内存那就要按顺序地执行read和load操作同样地如果要把一个变量从工作内存同步回主内存就要按顺序地执行store和write操作。
注意这里只说明了要按顺序并没有说一定要连续也就是说可以在read与load之间、store与write之间插入其它操作。
执行上述8种操作的基本规则
1不允许read和load、store和write操作之一单独出现即不允许出现从主内存读取了而工作内存不接受或者从工作内存回写了但主内存不接受的情况出现
2不允许一个线程丢弃它最近的assign操作即变量在工作内存变化了必须把该变化同步回主内存
3不允许一个线程无原因地即未发生过assign操作把一个变量从工作内存同步回主内存
4一个新的变量必须在主内存中诞生不允许工作内存中直接使用一个未被初始化load或assign过的变量换句话说就是对一个变量的use和store操作之前必须执行过load和assign操作
5一个变量同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作但lock操作可以被同一个线程执行多次多次执行lock后只有执行相同次数的unlock操作变量才能被解锁。
6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
7如果一个变量没有被lock操作锁定则不允许对其执行unlock操作也不允许unlock一个其它线程锁定的变量
8对一个变量执行unlock操作之前必须先把此变量同步回主内存中即执行store和write操作
注意这里的lock和unlock是实现synchronized的基础Java并没有把lock和unlock操作直接开放给用户使用但是却提供了两个更高层次的指令来隐式地使用这两个操作即moniterenter和moniterexit。
原子性、可见性、有序性:
Java内存模型就是为了解决多线程环境下共享变量的一致性问题。
一致性主要包含三大特性原子性、可见性、有序性下面我们就来看看Java内存模型是怎么实现这三大特性的。
1原子性
原子性是指一段操作一旦开始就会一直运行到底中间不会被其它线程打断这段操作可以是一个操作也可以是多个操作。
由Java内存模型来直接保证的原子性操作包括read、load、user、assign、store、write这两个操作我们可以大致认为基本类型变量的读写是具备原子性的。
如果应用需要一个更大范围的原子性Java内存模型还提供了lock和unlock这两个操作来满足这种需求尽管不能直接使用这两个操作但我们可以使用它们更具体的实现synchronized来实现。
因此synchronized块之间的操作也是原子性的。
2可见性
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值其它线程能立即感知到这种变化。
Java内存模型是通过在变更修改后同步回主内存在变量读取前从主内存刷新变量值来实现的它是依赖主内存的无论是普通变量还是volatile变量都是如此。
普通变量与volatile变量的主要区别是是否会在修改之后立即同步回主内存以及是否在每次读取前立即从主内存刷新。因此我们可以说volatile变量保证了多线程环境下变量的可见性但普通变量不能保证这一点。
除了volatile之外还有两个关键字也可以保证可见性它们是synchronized和final。
synchronized的可见性是由“对一个变量执行unlock操作之前必须先把此变量同步回主内存中即执行store和write操作”这条规则获取的。
final的可见性是指被final修饰的字段在构造器中一旦被初始化完成那么其它线程中就能看见这个final字段了。
3有序性
Java程序中天然的有序性可以总结为一句话如果在本线程中观察所有的操作都是有序的如果在另一个线程中观察所有的操作都是无序的。
前半句是指线程内表现为串行的语义后半句是指“指令重排序”现象和“工作内存和主内存同步延迟”现象。
Java中提供了volatile和synchronized两个关键字来保证有序性。
volatile天然就具有有序性因为其禁止重排序。
synchronized的有序性是由“一个变量同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作”这条规则获取的。
