多线程复习之JMM、volatile、final

1.Java内存模型
JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存中,每个线程都有一个私有的本地内存,本地内存中存储了该线程的共享变量的副本。主要目标是定义程序中各个变量的访问规则
如果线程 A 和线程 B 要通信的话,要如下两个步骤:
1、线程A需要将本地内存A中的共享变量副本刷新到主内存去;
2、线程B去主内存读取线程A之前已更新过的共享变量。
JMM的特性
1)原子性:原子性指的是一个操作是不可中断的。JVM自身提供的对基本数据类型读写操作的原子性外,对于方法级别或者代码块级别的原子性操作,可以使用synchronized关键字或者重入锁(ReentrantLock)保证程序执行的原子性。
2)可见性:可见性指的是当一个线程修改了某个共享变量的值,其他线程能够马上得知这个修改的值。
3)有序性:有序性是指对于单线程的执行代码,可以认为代码的执行是按顺序依次执行的,但对于多线程环境,则可能出现乱序现象。
happens-before 原则
除了靠sychronized和volatile关键字来保证原子性、可见性以及有序性外,JMM内部还定义一套happens-before原则来保证多线程环境下两个操作间的原子性、可见性以及有序性,happens-before 原则也是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的依据。
happens-before 原则:指的是前一个动作的结果对后一个动作是可见的。
1)程序顺序原则:即在一个线程内必须保证语义串行性,也就是说按照代码顺序执行;
2)锁规则:解锁(unlock)操作必然发生在后续的同一个锁的加锁(lock)之前;
3)volatile规则:volatile变量的写,先发生于读;
4)start规则:线程的start()方法先于它的每一个动作;
5)传递性:A先于B ,B先于C 那么A必然先于C;
6)线程终止规则:线程的所有操作先于线程的终结;
7)线程中断规则:对线程 interrupt()方法的调用先行发生于检测到中断事件的发生;
8)对象终结规则:对象的构造函数执行,结束先于finalize()方法。
内存交互操作
  • lock(锁定):作用于主内存的变量,把一个变量标识为一条线程独占状态。
  • unlock(解锁):作用于主内存变量,把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后才可以被其他线程锁定。
  • read(读取):作用于主内存变量,把一个变量值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load动作使用。
  • load(载入):作用于工作内存的变量,它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。
  • use(使用):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量值传递给执行引擎。
  • assign(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值赋值给工作内存的变量。
  • store(存储):作用于工作内存的变量,把工作内存中的一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write的操作。
  • write(写入):作用于主内存的变量,它把store操作从工作内存中一个变量的值传送到主内存的变量中。
2. volatile内存语义
1、保证内存可见性
2、防止指令重排
3、volatile并不保证操作的原子性
volatile保证可见性的原理是在每次访问变量时都会进行一次刷新,因此每次访问都是主内存中最新的版本。所以volatile关键字的作用之一就是保证变量修改的实时可见性。volatile关键字通过提供“内存屏障”的方式来防止指令被重排序,为了实现volatile的内存语义,编译器在生成字节码时,会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序。
为何要有内存屏障?
每个CPU都会有自己的缓存,缓存的目的就是为了提高性能,避免每次都要向内存取。但是这样的弊端也很明显:不能实时的和内存发生信息交换,分在不同CPU执行的不同线程对同一个变量的缓存值不同 。
内存屏障是什么?
硬件层的内存屏障分为两种:Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障
内存屏障有两个作用:A.阻止屏障两侧的指令重排序;B.强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存,让缓存中相应的数据失效
在指令前插入Load Barrier,可以让高速缓存中的数据失效,强制从主内存加载数据;在指令后插入Store Barrier,能让写入缓存中的最新数据更新写入主内存,让其他线程可见。
java的内存屏障有四种,即LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad。
  • LoadLoad屏障:对于Load1; LoadLoad; Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前,保证Load1要读取的数据被读取完毕;
  • StoreStore屏障:对于Store1; StoreStore; Store2,在Store2及后续写入操作执行前,保证Store1的写入操作对其它处理器可见;
  • LoadStore屏障:对于Load1; LoadStore; Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前,保证Load1要读取的数据被读取完毕;
  • StoreLoad屏障:对于Store1; StoreLoad; Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前,保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。在大多数处理器的实现中,这个屏障是个万能屏障,兼具其它三种内存屏障的功能。
volatile语义中的内存屏障?
1)在每个volatile写操作前插入StoreStore屏障,在写操作后插入StoreLoad屏障
在每个volatile读操作前插入LoadLoad屏障,在读操作后插入LoadStore屏障;
2)由于内存屏障的作用,避免了volatile变量和其它指令重排序、线程之间实现了通信,使得volatile表现出了锁的特性。
3.final域的内存语义
写final域的重排序规则:JMM禁止编译器在构造函数之外进行final域的写重排。
编译器会在final域的写之后,构造函数的return之前,插入一个StoreStore屏障。写final域的重排序规则可以确保:在对象引用为任意线程可见之前,对象的final域已经被正确初始化过了
读final域的重排序规则:在一个线程中,JMM禁止处理器重排序初次读对象引用与初次读该对象包含的final域。编译器会在读final域操作的前面插入一个LoadLoad屏障。
本站所有文章均由网友分享,仅用于参考学习用,请勿直接转载,如有侵权,请联系网站客服删除相关文章。若由于商用引起版权纠纷,一切责任均由使用者承担
极客文库 » 多线程复习之JMM、volatile、final

Leave a Reply