Java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性和有序性这3个特征来建立的。
哪些操作实现了这3个特性。
原子性(Atomicity)
由Java内存模型来直接保证的原子性变量操作包括read、load、assign、use、store和write,我们大致可以认为基本数据类型的访问读写是具备原子性的。
可见性(Visibility)
可见性是指当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能够立即得知这个修改。
Java内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存,在变量读取前
从主内存刷新
变量值这种依赖主内存作为传递媒介的方式来实现
可见性的,无论是普通变量还是volatile变量都是如此,普通变量与volatile变量的区别
是,volatile的特殊规则保证了新值能立即同步
到主内存,以及每次使用前立即
从主内存刷新
。
除了volatile之外,Java还有两个关键字能实现可见性,即synchronized和final。同步块的可见性
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(执行store、write操作)”这条规则获得的,而final关键字的可见性
是指:被final修饰的字段在构造器中一旦初始化完成,并且构造器没有把"this"的引用传递出去(this引用逃逸是一件很危险的事情,其他线程有可能通过这个引用访问到“初始化了一半”的对象),那在其他线程中就能看见final字段的值。
引用逃逸
“逸出
”有点抽象,举个例子,在下面例子中,在构造函数里
面将 this 赋值给了全局变量 global.obj,这就是“逸出”
,线程通过 global.obj 读取 x 是有可能读到 0 的。因此我们一定要避免“逸出”。
// 以下代码来源于【参考1】
final int x;
// 错误的构造函数
public FinalFieldExample() {
x = 3;
y = 4;
// 此处就是讲this逸出,
global.obj = this;
}
有序性(Ordering)
Java内存模型的有序性在前面讲解volatile时也详细地讨论过了,Java程序中天然的有序性可以总结为一句话:如果在本线程内观察,所有的操作都是有序的
;如果在一个线程中观察另一个线程,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
”(WithinThreadAsIfSerialSemantics),后半句是指“指令重排序
”现象和“工作内存与主内存同步延迟
”现象。
Java语言提供了volatile
和synchronized
两个关键字来保证线程之间操作的有序性,volatile关键字本身就包含了禁止指令重排序的语义,而synchronized则是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作
”这条规则获得的,这条规则决定了持有同一个锁的两个同步块只能串行地进入。