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jvmjava内存模型

 2022-03-19  462

关键词：

硬件的效率与一致性

在计算机中,内存的读写与处理器的计算速度有几个级的差距.这样会严重影响到TPS(Transations Per Second).

所以会为每个处理器配一个高速缓存以缓和处理器的速度.而在计算机中，多个处理器共享一个内存，这个时候数据的读写操作将不会安全

什么是内存模型

名词解释：JMM(Java Memory Model),即Java内存模型

如果想要深入了解Java并发编程,必须先学习好JMM,JMM定义了jvm虚拟机在计算机内存中的工作方式

工作内存与主内存

java内存模型规定了所有变量都必须存储在主内存中.

线程对变量的所有操作(赋值与读取)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存的变量

线程间也无法直接访问对象工作内存中的变量,而是通过主内存来进行交互(线程间变量值的传递需要主主内存来完成)

内存间相互交互

工作内存与主内存之间有规定的协议.即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存中,又如何从工作内存同步变量到主内存中.以下有8个操作指令：

　　1.lock(锁定)作用于主内存的变量中,锁定并让某线程独享

　　2.unlock(解锁)作用于主内存的变量中,解锁变量以让其他线程访问

　　3.read(读取)作用于主内存变量中，以便工作内存下一步的load操作

　　4.load(载入)作用于工作内存中，载入从主内存中读取的变量

　　5.use(使用)作用于工作内存中.他把工作内存中的值传递给执行引擎,每当虚拟机需要使用到变量值的时执行这个操作

　　6.assign(赋值)作用于工作内存中，他把从执行引擎中返回的最新值赋值给变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节指令码时执行这个操作

　　7.store(存储)作用于工作内存中，它把工作内存中的值传递到主内存中，以便下一步的write操作

　　8..write(写入)作用于主内存中，它把从store操作获取的值更新到内存中

上述的8中基本操作必须满足以下规则：

　　1.不允许read、load和store、write单独出现

　　2.不允许线程对其最近的assign操作,即工作内存中的变量改变后必须同步到主内存中

　　3.不允许一个线程无原因的同步变量到主内存中

　　4.一个新的变量只能从主内存中产生.工作内存中不允许使用未被初始化(load、assign)的变量

　　5.变量最多只能同时被一个线程执行load操作，且可以操作任意次，相对的需要执行一样多次的unlock操作.

　　6.lock操作时会清除工作内存中的变量的值.当需要读取时再从主内存中载入

　　7.如果一个变量没有进行lock操作那就不允许执行unlock操作，也不能去unlock其他线程锁定的变量

　　8.在执行unlock操作前变量必须先同步到主内存中

Volatile变量的特殊性

关键字volatile可以说是Java虚拟机最轻量级的同步机制

一个变量被定义为volatile,它将具备两种特性:

　　1.保证变量对所有线程的“可见性”变量的改变将会同步更新到其他的拥用该变量的线程中,而普通的变量不能做到这里点，普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存来完成，需要注意的是：volatile只能保证变量的可见性，在多线程的环境中也并非是绝对安全的

　　2.使用volatile变量表示禁止指令重排序优化

　　指令重排序的解释：http://blog.csdn.net/beiyetengqing/article/details/49580559

　　线程安全指标：可见性、原子性、有序性

Java内存模型是围绕着可见性、原子性、有序性这三个特征建立的

　　1.原子性(Atomicity):

　　　　由Java内存模型来保证原子性的操作有read、load、assign、use、store、write, 大致可以认为基本数据类型的访问读写是具备原子性。如果需要一个更大的原子性保证，还有lock和unlock，在虚拟机中没有直接把这两操作给用户使用，而是隐式的在字节码添加指令monitorenter和monitorenter进行操作.这两个字节码对象jdk代码中就是同步块-synchronize关键字

　　2.可见性(Visibility):

　　　　可见性是指当线程改变了共享的变量,其他线程能够马上知道此次的修改

　　　　2.1:volatile就验证了这一点

　　　　2.2:synchronize也是可见性的，因为在其unlock操作之前，必须把变量值同步到主内存中

　　　　2.3 final也是有可见行.因为被final修饰的字段一旦被构造器初始化完成，并且构造器没把this传递出去,那在其他线程中就能看见final字段的值（WTF？不懂）

　　3.有序性(Ordering):

　　　　编译器或者运行时环境为了优化程序性能，会对代码进行重排序.而volatile关键字本身就禁止指令重排序，synchronize则是由“一个变量在同一时刻只能有一个线程进行lock操作”获得.持有同一个锁的两个同步块只能串行的进行（why？）

先行发生happends-before原则

如果java内存模型中只能靠volatile和synchronize关键字来有序性的执行,那么有一些操作起来就会非常频繁，所以Java语言中有一种现行发生happens-before的原则，如下

程序次序规则:在一个线程内，按照控制流顺序，控制流前面的操作先行发生于控制流后面的操作，说“控制流”是因为还要考虑到分支、循环结构

管程锁定规则：unlock操作必须先行发生于同一个锁的lock操作

volatile规则：变量的写操作必须先于读操作

线程启动规则：thread的start()方法先于任何方法

线程终止规则：线程中的所有方法都先行与对此线程终止检测

线程中断规则：对线程的interrupt()方法调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生

对象终结规则：对象的初始化完成必须先发生于finalize()方法的开始

传递新：A操作先于B操作，B操作先于C操作，则A操作一定先于C操作

文章基于以下两篇好博文

http://www.cnblogs.com/xrq730/p/4859107.html

http://www.cnblogs.com/nexiyi/p/java_memory_model_and_thread.html

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