jvm学习笔记三，Java内存模型与线程

女爷i 2022-05-14 10:28 197阅读 0赞

为什么计算机能同时去做几件事？

1. 计算机的运算能力逐渐变强

2. 计算机的运算速度与它的存储和通信子系统速度的差距太大，大量的时间都花费在磁盘的I/O、网络通信或者数据库访问上。如果不希望处理器在大部分时间里都处于等待其他资源的状态，就必须使用一些手段去把处理器的运算能力“压榨”出来，否则就会造成很大的浪费，而让计算机同时处理几项任务则是最容易想到、也是证明非常有效的“压榨”手段。

（并发的原理就是利用这个时间差）

**硬件的效率与一致性**

由于计算机的存储设备与处理器的运算速度有几个数量级的差距，所有现代计算机不得不加入更接近处理器运算速度的高速缓存(Cache)来作为内存与处理器之间的缓冲；但是每个处理器都有自己的高速缓存，而他们又共享同一主内存，这样可能会出现 “缓存一致性”的问题。为了解决一致性问题，需要各个处理器访问缓存时遵循一些协议，读写的时候根据协议来进行操作。而“内存模型”可以理解为：在特定的操作协议下，对特定的内存或高速缓存进行读写访问的过程抽象。

内存模型的主要目标：定义程序中各个变量的访问规则，变量包括了 实例字段、静态字段和构成数组对象的元素，但不包括局部变量与方法参数，因为后者是线程私有的，不会被共享，自然就不会存在竞争的问题。

**内存模型**：所有变量都存储在主内存，线程的工作内存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）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量。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。

内存间交互：他们采用，读取、载入、使用、赋值、存储、写入、锁定、解锁等逻辑和一定的规则来进行交互。

volatile是java虚拟机提供的最轻量级的同步机制，但是它并不容易完全被正确的理解和使用，有些时候一律使用synchronized

volatile变量在各个线程的工作内存中不存在一致性问题（在各个线程的工作内存中，volatile变量也可以存在不一致的 情况，但由于每次使用之间都要刷新，执行引擎看不到不一致的情况，因此可以认为不存在一致性问题），但是java里面的运算并非原子操作，导致volatile变量的运算在并发下一样是不安全的。

由于volatile变量只能保证可见性，在不符合以下两条规则的运算场景中，我们任然要通过加锁（使用synchronized，或java.util.concurrent中的原子类）来保证原子性

1. 运算结果并不依赖变量的当前值，或者能够确保只有单一的线程修改变量的值

2. 变量不需要与其它的状态变量共同参与不变约束

**线程的实现**

线程是比进程更轻量级的调度执行单位，线程的引入，可以把一个进程的资源分配和执行调度分开，各个线程既可以共享进程资源（内存地址、文件I/O等），又可以独立调度（线程是CPU调度的基本单位）

**java线程调度**

线程调度是指系统为线程分配处理器使用权的过程，主要的调度方式有两种：协同式调度（自己工作做完了，然后通知别人）与抢占式调度

协同式多线程调度的优点：实现简单，缺点：线程执行时间不可控

抢占式调度的特点：每个线程将由系统来分配执行时间

java是使用抢占式调度，java线程一共设有10个级别的线程优先级，但是线程优先级并不是太靠谱，原因是java的线程是通过映射到系统的原生线程上来实现的，所以线程的最终调度还是取决于操作系统

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**线程安全与锁优化**