Java 内存模型与线程

概述:

1.每个电脑的处理器(CPU)都有自己的高速缓存以达到读写速度提高,但多个高速缓存共享同一块主内存,当多个处理器的运算任务涉及到主内存中的同一块数据,就有可能发生各自的数据不一致,针对这种情况,需要有一定的协议来解决数据一致性的问题。
2.JAVA虚拟机中通过实现自己的‘内存模型’对高速缓存和内存的读写的过程抽象。
3.为了让处理器中的运算单元被充分利用,处理器可能对输入的代码进行乱序折行优化,然后再进行重组,所以计算的的结果不能依靠代码中的顺序,在JAVA虚拟机中,对应的为 指令重排。

image.png

主内存与工作内存:

1.java内存模型是为了定义程序中各个变量的访问规则,即变量存储到主内存和从主内存中取出的操作。(该变量不包括局部变量,因为其实线程私有的,不会共享)
2.所有变量(实例,静态字段,数组等)都存储在主内存,每条线程都有赞成的工作内存(高速缓存),工作内存中保存的变量是该变量从主内存的拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作内存里面,不允许直接操作主内存,不同的线程无法互相访问工作内存中的变量,必须通过访问主内存的变量
ps:volitate变量依然有拷贝

JAVA虚拟机中定义了8种操作,将一个变量正确地从主内存拷贝到工作内存,或者从工作内存同步到主内存。

  • lock:
  • unlock:
  • read:
  • load :
  • use :
  • assign:
  • store:
  • write:
    JAVA内存模型要求上面的操作是顺序性的,但是没有保证是要连续性,

volatile关键字

  • 当一个变量被volatile关键字修饰的时候,具备两种特性:1.此变量对所有线程是可见的。2,禁止指令重排。
  • volatile变量每次使用之前,都会进行一次刷新。
    -只能保证可见性。

不符合以下2中情况下volatile变量还是非线程安全的:

  • 1.运算结果不依赖于当前的值,或者确保只有单一的线程修改变量的值,其他线程只是读取,
  • 2.变量不需要跟其他状态的变量共同参与不变约束。

原子性:

JAVA中提供了synchronized关键字,在synchronized块之间的操作是具备原子性的。

可见性:

  • 可见性是指当一个线程修改了共享的值时,其他线程能够立即得知这个修改,其中volatile变量的特殊规则保证了新值(被修改的变量)内够立即同步到主内存。
  • 还有synchronized和final关键字内够保证可见性,

有序性:

  • volatile:禁止指令重排
  • synchronized: 一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行lock,也就是说持有同一个锁的两个同步块只能穿行地进入。

线程相关:

实现线程有3种方式:内核线程,用户线程,用户加轻量级进程

  • 1.内核线程有操作系统直接支持,有内核完成线程的调度切换。
  • 2.非内核线程的线程。其建立,同步和销魂都是在用户态完成,不用切换到内核态,所以速度快。
  • 3.JAVA线程是基于用户线程去实现的,其调度方式是抢占式线程调度(另外一种是协同式),每个线程由系统分配时间,切换不用本身决定,线程执行时间可控。虽然可以通过设置优先级让线程获取多点的系统时间,但是最终的调度还是有系统决定。

状态:
1.new.
2.运行runnale:
3.无限期等待:这种情况不会分配cpu时间,实现方式有:Object.wait(),thread.join.
4.限期等待:这种情况不会分配cpu时间。实现方式有:
Object.wait(times), Thread.join(time),Thread.sleep(time)
5.阻塞(blocked):等待获取一个排他锁。
6.结束。

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