Java内存模型 JMM 看这一篇就够了

1. 计算机硬件存储体系计算机存储结构从本地磁盘到主存到CPU缓存也就是从硬盘到内存到CPU。一般对应的程序的操作就是从数据库查数据到内存然后到CPU进行计算。因为有这么多级的缓存(cpu和物理主内存的速度不一致的)CPU 的运行并不是直接操作内存而是先把内存里边的数据读到缓存而内存的读和写操作的时候就会造成不一致的问题。Java 虚拟机规范中试图定义一种Java内存模型java Memory Model简称JMM) 来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异以实现让 Java 程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。推导出我们需要知道 JMM。JMM (Java内存模型Java Memory Model简称JMM) 本身是一种 **抽象的 **概念并不真实存在它仅仅描述的是一组约定或规范通过这组规范定义了程序中(尤其是多线程)各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的写入何时以及如何变成对另一个线程可见关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。原则JMM 的关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。能干嘛通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系。屏蔽各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。2. JMM规范定义的三大特性2.1 可见性是指当一个线程修改了某一个共享变量的值其他线程是否能够立即知道该变更JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。Java 中普通的共享变量不保证可见性因为数据修改被写入内存的时机是不确定的多线程并发下很可能出现脏读所以每个线程都有自己的工作内存线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝线程对变量的所有操作读取赋值等 都必需在线程自己的工作内存中进行而不能够直接读写主内存中的变量。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成2.2 原子性指一个操作是不可中断的即多线程环境下操作不能被其他线程干扰。2.3 有序性对于一个线程的执行代码而言我们总是习惯性认为代码的执行总是从上到下有序执行。但为了提供性能编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。指令重排可以保证串行语义一致但没有义务保证多线程间的语义也一致即可能产生脏读简单说两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条不见得是从上到下顺序执行执行顺序会被优化。单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的,结果无法预测。3. JMM规范下多线程对变量的读写过程3.1 读取过程由于 JVM 运行程序的实体是线程而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)工作内存是每个线程的私有数据区域而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存主内存是共享内存区域所有线程都可以访问但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行首先要将变量从主内存拷贝到的线程自己的工作内存空间然后对变量进行操作操作完成后再将变量写回主内存不能直接操作主内存中的变量各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝因此不同的线程间无法访问对方的工作内存线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成其简要访问过程如下图:3.2 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(从硬件角度来说就是内存条)每个线程都有一个私有的本地工作内存本地工作内存中存储了该线程用来读/写共享变量的副本(从硬件角度来说就是CPU的缓存比如寄存器、L1、L2、L3缓存等)3.3 总结我们定义的所有共享变量都存储在物理主内存中。每个线程都有自己独立的工作内存里面保存该线程使用到的变量的副本主内存中该变量的一份拷贝。线程对共享变量所有的操作都必须先在线程自己的工作内存中进行后写主内存不能直接从主内存中读写。不同线程之间也无法之间访问其他线程的工作内存中的变量线程间变量的传递需要通过主内存来进行。4. happens-before在 JMM 中如果一个操作执行的结果需要对另一个操作性可见性或者代码重排序那么这两个操作之间必须存在 happens-before 关系。案例先行发生原则说明如果 Java 内存模型中所有的有序性都仅靠 volatile 和 synchronized 来完成那么有很多操作都将会变得非常啰嗦但是我们在编写 Java 并发代码的时候并没有察觉到这一点。我们没有时时、处处、次次添加volatile和synchronized来完成程序这是因为Java语言中JMM原则下有一个“先行发生”(Happens-Before)的原则限制和规矩。这个原则非常重要它是判断数据是否存在竞争线程是否安全的非常有用的手段。依赖这个原则我们可以通过几条简单规则一揽子解决并发环境下两个操作之间是否可能存在冲突的所有问题而不需要陷入 Java 内存模型苦涩难懂的底层编译原理之中。Happens-Before 总原则如果第一个操作 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在第二个操作之前。两个操作之间存在 Happens-Before 关系 并不意味着一定要按 Happens-Before 原则指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果与按照 Happens-Before 关系来执行的结果一致那么这种重排序并不非法。Happens-Before 8 条次序规则锁定规则volatile变量规则传递规则线程启动规则Thread 对象的 start() 方法先行发生于此线程的每一个动作线程中断规则线程终止规则对象终结规则