java多线程编程(四)

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-03-30 11:50 131阅读 0赞

**java多线程编程(四)**

Java内存模型

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引言：

内存模型的基础----内存模型相关的基本概念

java内存模型中的顺序一致性–重排序与顺序一致性内存模型

同步原语（synchronized、volatile和final）的内存语义及重排序规则在处理器中的实现

java内存模型的设计，主要介绍java内存模型的设计原理，及其与处理器内存模型和顺序一致性内存模型的关系

Java内存模型的基础

并发编程模型的两个关键问题：

1、如何通信？

1)共享内存（隐式通信）
    
    2)消息传递(显式通信)

2、如何同步？

3、java中的并发采用的是共享内存模型，所以Java线程之间的通信是隐式执行的

> 在并发编程中，需要处理两个关键问题：线程之间如何通信及线程之间如何同步（这里的线程是指并发执行的活动实体）。通信是指线程之间以何种机制来交换信息。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。

> 在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，通过写-读内存中的公共状态进行隐式通信。在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过发送消息来显式进行通信。

> 同步是指程序中用于控制不同线程间操作发生相对顺序的机制。在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。  
> 在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前，因此同步是隐式进行的。

> Java的并发采用的是共享内存模型，Java线程之间的通信总是隐式进行，整个通信过程对程序员完全透明（为什么完全透明是隐式的呢？一块完全透明的玻璃，空气 是存在的但是对你是不可见的！）。如果编写多线程程序的Java程序员不理解隐式进行的线程之间通信的工作机制，很可能会遇到各种奇怪的内存可见性问题。

Java内存模型的抽象结构

> 在java中实例域、静态域、数组元素都存储在堆内存中，堆内存在线程之间共享.  
> 局部变量和方法定义参数和异常处理参数不会在线程之间共享,它们不会有内存可见性问题,也不受内存模型影响。

> java线程之间的通信由JMM（java内存模型）控制,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.  
> 从抽象的角度来看,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，本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM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。

java内存模型示意图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1Byb2dyYW1Nb25pa2E_size_16_color_FFFFFF_t_70]

由上图来看线程A和B之间要通信的话，必须经历下面两个步骤：

> 1）线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。

> 2）线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

3.1.3 从源代码到指令序列的重排序

Why？

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3种类型。

> 1)编译器优化的重排序。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）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。

> 3）内存系统的重排序。由于处理器使用缓冲和读/写缓存区,这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

这些重排序可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。对于编译器，JMM的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序（不是所有的编译器重排序都要禁止）。对于处理器重排序，JMM的处理器重排序规则会要求Java编译器在生成指令序列时，插入特定类型的内存屏障（Memory Barriers，Intel称之为Memory Fence）指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排

JMM属于语言级的内存模型，它确保在不同的编译器和不同的处理器平台之上，通过禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序，为程序员提供一致的内存可见性保证。

待续----

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