JAVA并发三大特性及JMM模型理解

JAVA并发三个特性

        并发编程Bug根源：原子性、可见性、有序性

原子性

        一个或者多个操作，要么全部执行且不受其他因素影响，要么全不执行。

        如 i++ 操作在并发情况下就会出现计算错误情况

如何解决原子性问题

        使用synchronized关键字

        使用Lock锁保证原子性

        使用CAS保证原子性

可见性

        一个或者多个线程访问同一个变量时，一个线程对变量的修改结果，其他线程是立刻看到修改后的值。

如果解决可见性问题

        使用volatile关键字

        使用synchronized关键字

        使用内存屏障

        使用Lock锁保证可见性

java可见性底层2种实现

        1.使用内存屏障（volatile synchronized Thread.sleep(10)）

                        lock addl $0x0,(%rsp)

        2.cpu上下文切换（Thread.sleep(0) Thread.yield()）

有序性

        程序执行的顺序按照代码顺序执行。

       为什么会产生有序性问题？        编译器和处理器会对指令进行重排序（提高性能），所以产生有序性问题。

  如何解决有序性        

        使用内存屏障保证有序性

        使用volatile关键字

        使用synchronized关键字

        使用Lock锁保证有序性

JMM模型

        在并发编程中，存在两个关键问题

        1.如果保证线程间通信（数据交换）

        2.多线程间如何同步（线程执行顺序性）

java中采用JMM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，本地内存中存储了共享变量的副本。本地内存是JMM的一 个抽象概念，并不真实存在，它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

根据JMM的规定，线程对共享变量的所有操作都必须在自己的本地内存中进行，不能直接从主内

存中读取。

        

主存和线程内存数据交互流程

        锁的内存语义

                当线程获取锁时，线程会把当前线程本地内存置位无效

                当线程释放锁时，会把线程内存中的变量更新到主存中

        volatile的内存语义

                当volatile读时，JMM会把当前线程的内存置位无效，从主存中重新读取变量

                当voaltile写时，JMM会把当前线程内存中变量刷新到主存中

         volatile禁止重排序

                        当使用volatile时，会插入内存屏障，禁止编译器进行重排序

                使用lock前缀，实现内存屏障效果

happens-before

        JSR-133使用happens-before的概念来指定两个操作之间的执行顺序。JMM可以通过happens-before关系向程序员提供跨线程的内存可见性保证。

JSR-133规范对happens-before关系的定义如下：

 1）如果一个操作happens-before 另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而 且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。 这是JMM对程序员的承诺， 注意，这只是JMM向程序员做出的保证。

 2）两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before关系来执行的结果 一致，那么这种排序并不非法，也就是说，JMM允许这种排序。

这是JMM对编译器和处理器重排序的 约束原则 JMM遵循一个基本原则：只要不改变程序的执行结果，编译器和处理器怎么优化都行。

as-if-serial语义保证单线程内程序的执行结果不被改变

happens-before关系保证正确同步的多线程程序的执行结果不被改变。