Java内存模型和volatile关键字怎么掌握
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java内存模型(JMM):
相关概念: 1)在命令式编程中,线程之间的通信机制有两种:共享内存和消息传递。 2)java的并发采用的是共享内存模型:通过读/写内存中的公共状态进行隐式通信。 概念:java线程之间的通信是由java内存模型控制的,JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。 说明: 1>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工作内存,工作内存中存储了该线程读/写共享变量的副本。 2>工作内存是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。 3>线程对变量的所有操作(读取、赋值等)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的变量。 4>不同的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。
volatile关键字:
相关概念: 缓存行:缓存器中可以分配的最小存储单位。 L1缓存:内部缓存。 L2缓存:外部缓存。 原理: 1)为了提高处理速度,处理器不直接和内存进行通信,而是先将系统内存中的数据读到缓存(L1、L2)后再进行操作,但操作完成后,处理器是不知道何时要把操作后的数据写回到内存中。 2)对volatile修饰的变量进行写操作时,JVM会向处理器发送一条Lock前缀的指令,将这个变量所在缓存行(即JMM中的工作内存)的数据写回到系统内存中,并且将其它CPU里缓存了该内存地址的数据无效。 补充: 1>对volatile修饰的变量进行写操作(赋值)时,在JIT编译器生成的汇编指令中,我们会发现有一个以Lock为前缀的指令。 2>以Lock为前缀的指令在多核处理器下会引发了两件事情:①将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存中 ②这个写回内存的操作会导致其它CPU里缓存了该内存地址的数据无效。 volatile的内存原语: 当读一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的工作内存置为无效,线程接下来将从主内存中读取共享变量。 当写一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的工作内存中的共享变量值刷新到主内存。 即: 1将本地内存中的数据设置为无效, 2从主内存中将数据复制到本地内存中, 3在本地内存中进行操作, 4操作完成后将本地内存中的数据刷新到主内存中。整体看起来就像是直接在主内存中操作一样。 说明: 用volatile修饰的变量如果被一个线程更改了,那么其它的线程都会立即感知,并且每个线程获取该变量的值都是最新的值,访问volatile修饰的变量看起来就像是直接在内存中读写一样。 特性: 可见性:对一个volatile变量的读,(任意线程)总是能看到对这个volatile变量最后的写入。 原子性:对一个volatile变量的读/写具有原子性,但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。 优点: 不会引起线程上下文的切换 volatile与synchronized的比较: 1)关键字volatile只能修饰变量,synchronized可以修饰代码块、方法 2)volatile不能保证原子性,synchronized保证原子性: volatile可以保证数据的可见性,但是不能保证原子性,所以volatile解决的是变量在多线程之间的可见性; synchronized可以保证原子性,也保证了可见性(synchronized会将私有内存和公共内存中的数据做同步),所以synchronized解决的是多线程之间访问资源的同步性。
重排序:
说明:在执行程序时,为了提高性能,编译器和处理器常常会对指令做重排序。 重排序分2种类型: 1)编译器重排序:编译器在不改变单线程程序语义的前提下,可以重新安排语句的执行顺序。 2)处理器重排序: 1>指令级并行的重排序:现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性,处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。 2>内存系统的重排序: 由于处理器使用缓存和读/写缓冲区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。 JMM如何实现volatile写/读的内存语义: 1)JMM针对编译器制定的volatile重排序规则: 两个操作间重排序的条件: 1>当第一个操作是volatile读,不管第二个操作是什么,都不能重排序。这个规则确保volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。 2>当第二个操作是volatile写,不管第一个操作是什么,都不能重排序。这个规则确保volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。 3>当第一个操作是volatile写,第二个操作是volatile读时,不能重排序。 由以上3点可以得出结论:两个volatile变量操作不能够进行重排序。 2)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。(内存屏障:将前面操作的共享变量值刷新到主内存中。)
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