文章目錄

• • 1. 簡述
  • 2. JAVA 內存模型的規則
  • • 2.1. 對線程的非共享變量不做任何處理
    • 2.2. 線程共享變量提供同步機制
    • • 2.2.1 同步順序
      • 2.2.2. HAPPENS-BEFORE
  • 參考

1. 簡述

??感覺最近看JAVA的內存模型相關的東西看的有點暈，加上前看操作系統也接觸到操作系統層面也有內存模型的概念,感覺操作系統的都看懂了java的還是沒有整太明白這里嘗試對思考的東西做一個總結，希望后面能夠不斷補充。
??在這里嘗試對內存模型做一個定義和解釋。java官方這里有對內存模型的一個基本定義，不知道怎么翻譯才好，我覺得內存模型是一組規則，這一組規則定義了程序對內存中的單個或多個變量操作之間的可見性應該是怎么樣的。通過這些規則來規范對內存的讀寫操作，從而保證指令執行的正確性。

THE MEMORY MODEL DETERMINES WHAT VALUES CAN BE READ AT EVERY POINT IN THE PROGRAM

內存模型存在的原因：

指令重排序

緩存主存不一致

這兩個原因導致了，在多線程對數據進行競爭的時候可能出現一些不確定的執行結果，也就是程序可能輸出A也有可能輸出B，全看具體執行的情況，這樣的話程序就不具備最終一致性了，所以可定是不行的。所以內存模型主要還是對數據競爭的情況下數據的一致性作出的一些規范。

2. JAVA 內存模型的規則

2.1. 對線程的非共享變量不做任何處理

??對線程的非共享變量不做任何處理。也就是線程方法棧內的變量，這些變量不能被外部線程訪問到，所以不需要做太多同步性要求，這些變量由線程內的語義控制就行，也就是滿足線程內數據一致性AS-IF-SERIAL 這里有一些概念介紹。

2.2. 線程共享變量提供同步機制

??對于共享變量，提供的有同步的機制，但是這些不是自動同步的，需要使用同步語義VOLATILE,SYNCHRONIZED去使用這些同步規則 ,在沒有使用任何同步機制的情況下，JAVA內存模型只保證線程內的數據一致性(也稱為AS-IF-SERIAL),也就是在一個線程內，能夠保證對同一個變量的讀寫是保持嚴格的程序邏輯執行順序的
下面這個指令無法被重排序，因為第二條依賴了第一條。

INT A=5 INT B=A

但是對于不同內存的操作，JMM是允許的

比如下面的這個，在執行的時候是可能改變的

THREAD 1 1: R2 = A; 2: B = 1;

執行的時候可能會變成這樣

THREAD 1 2: B = 1; 1: R2 = A;

這樣的調整是不影響JMM規范的,但是考慮下面這種情況，假如兩個線程并發的話，就會出現數據問題

THREAD 1 THREAD 2 1: R2 = A; 3: R1 = B; 2: B = 1; 4: A = 2;

可能會出現R2 == 2 AND R1 == 1
所以對于共享變量的操作JMM提供了一些約束規范來進行保證共享數據的一致性

2.2.1 同步順序

??JMM規定了一些同步操作，這些同步之間對應的需要保證同步順序,也就是保證程序在執行這些操作的順序性。

對于任意單個線程來說，同步順序主要是規定了在單個線程內程序內的同步操作的順序必須按照書寫的順序執行（不會進行重排序）。

對于多個線程來說這些操作之間具有先后的順序（不能同時執行）,也就是要滿足互斥性。同時后面可以結合HAPPENS-BEFORE保證內存的可見性。

對應的同步操作有

1.VOLATILE READ. A VOLATILE READ OF A VARIABLE. 2.VOLATILE WRITE. A VOLATILE WRITE OF A VARIABLE. 3.LOCK. LOCKING A MONITOR 4.UNLOCK. UNLOCKING A MONITOR. 5.THE (SYNTHETIC) FIRST AND LAST ACTION OF A THREAD. 6.ACTIONS THAT START A THREAD OR DETECT THAT A THREAD HAS TERMINATED (§17.4.4).

對應的同步順序有

監視器M上的解鎖動作與M上的所有后續鎖定動作是需要被同步的，就是按照固定的順序（其中“后續”根據同步順序定義）。

對易失性變量V（第8.3.1.4節）的寫操作與任何線程對V的所有后續讀取進行同步（其中“后續”是根據同步順序定義的）。

啟動線程的動作與它啟動的線程中的第一個動作同步。

將默認值（零，FALSE或NULL）寫入每個變量與每個線程中的第一個動作同步。 盡管在分配包含變量的對象之前將默認值寫入變量似乎有些奇怪，但是從概念上講，每個對象都是使用默認初始化值在程序開始時創建的。(這一條還是有點暈的，應該是指當前線程棧幀用到的變量吧)

線程T1中的最終操作與另一個線程T2中檢測到T1已終止的任何操作同步。 T2可以通過調用T1.ISALIVE（）或T1.JOIN（）來實現。

如果線程T1中斷了線程T2，則T1的中斷將與任何其他線程（包括T2）確定T2已被中斷的任何點進行同步（通過引發INTERRUPTEDEXCEPTION或調用THREAD.INTERRUPTED或THREAD.ISINTERRUPTED）。

2.2.2. HAPPENS-BEFORE

HAPPENS-BEFORE 主要強調了可見性，如果A HAPPEN-BEFORE B, 那么A對共享內存所有的操作對B來說都是可見的。

對應的HAPPEN-BEFORE有以下幾種

監視器的解鎖HAPPEN-BEFORE對該監視器的后續加鎖,也就是基于SYNCHRONIZED的代碼塊對內存的操作對于后續進入該內存的操作都是可見的

對VOLATILE變量的寫HAPPEN-BEFORE對該變量的后續讀

對線程START()方法的調用HAPPEN-BEFORE該線程內的任何操作

一個線程內的所有操作HAPPEN-BEFORE其他線程成功JOIN()該線程

任意對象的默認初始化HAPPEN-BEFORE程序的其他操作

上面5條HAPPEN-BEFORE規則涵蓋了多線程編程中的鎖、共享變量讀寫、線程生命周期和對象初始化等等重要內容，普通開發人員不用深入了解JMM，只需要知道這5條規則，可以很輕松的處理多線程場景。

以上總結也說不上特別準確，覺得網上的資料眾說紛紜，希望后面能看到更權威的解釋。

參考

HTTPS://DOCS.ORACLE.COM/JAVASE/SPECS/JLS/SE8/HTML/JLS-17.HTML#JLS-17.4
HTTPS://MONKEYSAYHI.GITHUB.IO/2017/12/28/%E4%B8%80%E6%96%87%E8%A7%A3%E5%86%B3%E5%86%85%E5%AD%98%E5%B1%8F%E9%9A%9C/
HTTPS://WWW.ZHIHU.COM/QUESTION/296949412 (第三個回答)
HTTPS://JUEJIN.IM/POST/5A2B53B7F265DA432A7B821C
https://ljalphabeta.gitbooks.io/a-primer-on-memory-consistency-and-cache-coherenc/content/
https://legacy.gitbook.com/book/ljalphabeta/a-primer-on-memory-consistency-and-cache-coherenc/details
https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/72772461
https://www.jianshu.com/p/6745203ae1fe
(這個是里面有對應的pdf)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的01.java内存模型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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