JVM之内存模型

前言

每一个线程有一个工作内存。工作内存和主存独立。工作内存存放主存中变量的值的拷贝。


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  • 当数据从主内存复制到工作存储时,必须出现两个动作:第一,由主内存执行的读(read)操作;第二,由工作内存执行的相应的load操作;
  • 当数据从工作内存拷贝到主内存时,也出现两个操作:第一个,由工作内存执行的存储(store)操作;第二,由主内存执行的相应的写(write)操作。

每一个操作都是原子的,即执行期间不会被中断

对于普通变量,一个线程中更新的值,不能马上反应在其他变量中。如果需要在其他线程中立即可见,需要使用volatile关键字作为标识。

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原子性、可见性、有序性

原子性

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。
如果应用场景需要一个更大范围的原子性保证,Java内存模型还提供了lock和unlock操作来满足这种需求,尽管虚拟机没有把lock和unlock操作直接开放给用户,但是却提供了更高层次的字节码指令monitorenter和monitorexit来隐式地使用这两个操作,这两个字节码指令反映到Java代码中就是同步块---synchronized关键字,因此在synchronized块之间的操作也具备原子性。

可见性

一个线程修改了变量,其他线程可以立即知道。

保证可见性的方法:

  • volatile:保证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。
  • synchronized (unlock之前,写变量值回主存)
  • final(一旦初始化完成,其他线程就可见)

有序性

在本线程内,操作都是有序的;
在线程外观察,操作都是无序的。(指令重排 或 主内存同步延时)

指令重排

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指令重排破坏了线程间的有序性


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保证有序性方法:

  • volatile :禁止指令重排序
  • synchronized :一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作。

内存屏障(memory barriers)

内存屏障的作用 :

  • 阻止屏障两侧的指令重排序
  • 强制刷新主内存数据,以及让缓存中相应的数据失效。
    Java的内存屏障有的四种,LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad


先行发生原则

程序顺序原则:一个线程内保证语义的串行性.对于单线程来讲,必须保证重排后的结果与重排前一致。
volatile规则:volatile变量的写,先发生于后续对这个变量的读.这保证了volatile变量的可见性.
监视锁规则:对于一个锁的解锁,先发生于随后对这个锁的加锁. 否则随后的加锁将会失败.
传递性:A先于B,B等于C,那么A必然先于C.
线程启动规则:Thread对象的start()方法先发生于此线程的其他任意动作。
线程终止规则:线程的所有操作都先发生于对此线程的终止检测,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。
线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先发生于被中断线程的代码检测到中断时事件的操作。
对象终结规则:一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先发生于它的finalize()方法的开始

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