底层原理---Java内存模型

Java内存模型

JVM内存结构和Java虚拟机的运行时区域有关

Java内存模型和Java的并发编程有关

JVM内存结构(java8)

Java内存模型(JMM,Java Memory Model)

指令重排序

编译器、JVM或者CPU都有可能出于优化等目的,对于实际指令执行的顺序进行调整,这就是重排序。

重排序通减少执行指令,从而提高整体的运行速度。

重排序的三种情况

  1. 编译器优化

  1. CPU重排序

  1. 内存的”重排序“

java的原子操作

java中的原子操作有哪些?

long和double的原子性

内存可见性问题

主内存和工作内存

cpu有多级缓存,导致读的数据过期

什么是主内存和工作内存

java屏蔽了底层的L1,L2等多层缓存的实现细节,用JMM定义了一套读写的规范,只需要关心JMM抽象出来的工作内存和主内存的问题。每个线程只能直接接触到工作内存。

如果有一个变量x被线程1修改了,只要没有同步到主内存中,线程B就看不到,此时线程B读取的x值就是一个过期的值,这就导致了可见性问题。

Happens-before规则

happens-before规则用来描述可见性相关的问题,如果第一个操作happens before第二个操作,那么第一个操作对于第二个操作一定是可见的。

  1. 单线程规则:在一个单独的线程中,按照程序代码的执行流顺序,先执行的操作happen-before后执行的操作。
  2. 锁操作规则:如果操作A是解锁,而操作B是对同一个锁的加锁,那么hb(A,B)
  3. volatile变量规则:对一个volatile变量的写操作happen-before后面对该变量的读操作,这就代表如果变量被volatile修饰,那么每次修改之后,其他线程在读取这个变量的时候一定能读取到该变量的最新的值。
  4. 线程启动规则:Thread对象的start方法happen-before此线程run方法的每个操作。
  5. 线程join规则:

  1. 中断规则:对线程interrupt方法的调用happens before检测该线程的中断事件。如果一个线程被其他线程interrupt,那么在检测中断时(比如调用Thread.interrupted或者Thread.isInterrupted方法)时一定能看到此次中断的发生,不会发生检测结果不准的情况。
  2. 工具类的Happens-Before规则
    • 线程安全的并发容器:在get某个值时一定能看到在此之前发生的put等存入操作的结果。
    • 信号量:释放许可证的操作happens before获取许可证的操作
    • Future:Future任务中的所有操作happens before Future的get操作
    • 线程池:向线程池里面提交任务(Runnable或者Callable),就是提交任务的操作happens before任务的执行。

volatile

volatile是Java中的一个关键字,是一种同步机制。当某个变量是共享变量,且这个变量是被volatile修饰的,那么在修改了这个变量的值之后,再读取该变量的值时,可以保证获取到的是修改后的最新的值。

不适用的场景

  • 需要原子性的操作:例如a++(复合操作,不具备原子性)

适用场景

  • 布尔标记位:如果某个共享变量一直只是被各个线程所赋值或者读取,而没有其他的操作,就可以使用volatile来代替synchronized或者代替原子类。因为赋值本身就是具有原子性的,volatile同时保证的可见性。
  • 作为触发器:根据volatile变量规则,initialized的读取一定发生在线程A写入之后,有根据单线程操作,initialized的赋值有一定发生在configOptions的修改之后,所以可以通过initialized来控制线程A中的configOptions的初始化和线程B的使用,线程B使用configOptions就是线程安全的。

这种用法就是把被volatile修饰的变量作为触发器来使用

volatile的作用

  1. 保证可见性:对一个volatile变量的写操作happen-before后面对该变量的读操作。
  2. 禁止重排序

volatile和synchronized关系

相识性
  • 可以看作一个轻量版的synchronized:比如一个共享变量如果自始至终只被各个线程赋值和读取,而没有其他操作的话,就可以用volatile来代替synchronized或者代替原子变量,足以保证线程安全。
不可代替性
  • volatile是不能代替synchronized的,volatile并没有提供原子性和互斥性
  • volatile属性的读写操作都是无锁的,是高性能的,比synchronized性能更好

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