Java內(nèi)存模型

Java內(nèi)存模型不同于Jvm內(nèi)存模型，Java內(nèi)存模型(JMM)規(guī)定了JVM必須遵循一組最小保證，這組保證規(guī)定了對(duì)變量的寫入操作在何時(shí)將于其他線程可見(jiàn)。

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中試圖定義一種Java內(nèi)存模型（Java Memory Model，JMM），JVM通過(guò)在適當(dāng)?shù)奈恢貌迦雰?nèi)存柵欄來(lái)屏蔽JMM和各個(gè)硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問(wèn)差異，以實(shí)現(xiàn)讓Java程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪問(wèn)效果。Java內(nèi)存模型并沒(méi)有限制執(zhí)行引擎使用處理器的寄存器或者高速緩存來(lái)提升指令執(zhí)行速度，也沒(méi)有限制編譯器對(duì)指令進(jìn)行重排序。也就是說(shuō)，在java內(nèi)存模型中，也會(huì)存在緩存一致性問(wèn)題和指令重排序的問(wèn)題。

Java內(nèi)存模型規(guī)定所有的變量都是存在主存當(dāng)中（類似于前面說(shuō)的物理內(nèi)存），每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存（類似于前面的高速緩存）。線程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接對(duì)主存進(jìn)行操作。并且每個(gè)線程不能訪問(wèn)其他線程的工作內(nèi)存。
如圖：

一，重排序

再?zèng)]有充分同步的程序中，如果調(diào)度器采用不恰當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)交替執(zhí)行不同線程的操作，那么將導(dǎo)致不正確的結(jié)果。更糟糕的是，JMM還使得不同線程看到的操作執(zhí)行順序是不同的，從而導(dǎo)致在缺乏同步的情況下，要推斷操作的執(zhí)行順序更加復(fù)雜，各種使得操作延遲或者砍死亂序執(zhí)行的不同原因，都可以稱為“重排序”

將緩存刷新到主內(nèi)存的不同時(shí)序也可能會(huì)導(dǎo)致重排序。

重排序的基礎(chǔ)是前后語(yǔ)句不存在依賴關(guān)系時(shí)，才有可能發(fā)生指令重排序。

內(nèi)存柵欄會(huì)屏蔽重排序

兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)必須要按照happens-before關(guān)系指定的順序來(lái)執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果，與按happens-before關(guān)系來(lái)執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法（也就是說(shuō)，JMM允許這種重排序）

二，happens-before

happens-before原則是指如果A和B滿足這個(gè)happens-before原則，則可以保證操作B的線程可以看到操作A的結(jié)果。

當(dāng)一個(gè)變量被多個(gè)線程讀取并且至少被一個(gè)線程寫入時(shí)，如果在讀操作和寫操作之間沒(méi)有按照H-B原則來(lái)排序，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，在正確同步的程序中不存在數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)，并且會(huì)表現(xiàn)出串行一致性。

1，程序順序原則
單線程中，寫在前面的操作A會(huì)在寫在后面的操作B之前執(zhí)行。

2,鎖原則
在鎖上的解鎖操作必須在鎖上的加鎖操作之前執(zhí)行。

3，volatile變量原則
對(duì)volatile變量的寫入操作必須在對(duì)該變量的讀操作之前執(zhí)行。

4，線程啟動(dòng)原則
在一個(gè)線程上，start操作必須在該線程執(zhí)行任何操作之前執(zhí)行。

5，線程關(guān)閉原則
線程中任何操作都必須在其他線程檢測(cè)到該線程已經(jīng)結(jié)束之前執(zhí)行。

6，線程中斷原則
當(dāng)一個(gè)線程在另一個(gè)線程調(diào)用interrupt時(shí)，必須在被中斷線程檢測(cè)到interrupt調(diào)用之前執(zhí)行。‘’

7，終結(jié)器規(guī)則。
對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)必須在啟動(dòng)該對(duì)象的終結(jié)器之前執(zhí)行完成。

8，傳遞性
如果操作A H-B 操作B,操作B H-B 操作C 則 操作A H-B 操作C

如果2個(gè)在不同線程的操作不滿足H-B原則，則無(wú)法推斷一個(gè)操作是否一定在另一個(gè)操作之前。

如：

這里，在多個(gè)線程來(lái)調(diào)用時(shí)，因?yàn)椴粷M足H-B，所以第一個(gè)線程調(diào)用時(shí)，已經(jīng)初始化了resource，沒(méi)法保證第二個(gè)線程來(lái)時(shí)，獲取到的resource到底是拿到的null還是一個(gè)失效值。

三，借助同步

由于H-B排序功能很強(qiáng)大，因此有時(shí)候可以“借助”現(xiàn)有同步機(jī)制的可見(jiàn)性屬性。

“借助同步”技術(shù)是指借助于現(xiàn)有的H-B原則，來(lái)確保對(duì)象X的可見(jiàn)性，而不是為了發(fā)布X而創(chuàng)建一個(gè)H-B順序。

在類庫(kù)中提供的其他H-B順序：

四，并發(fā)編程的三個(gè)問(wèn)題

1，原子性

一個(gè)操作要么全部執(zhí)行，要么不執(zhí)行。

JAVA中原子性靠synchronized和Lock來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者native方法的cas等

2，可見(jiàn)性

多個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)變量時(shí)，一個(gè)線程修改后其他線程可以立即看到這個(gè)值的改變。

Java提供了volatile關(guān)鍵字來(lái)保證可見(jiàn)性

3，有序性

程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。

Java中保證了單線程下看起來(lái)有序（as if serial），不保證多線程下有序。

因?yàn)樵贘ava內(nèi)存模型中，允許編譯器和處理器對(duì)指令進(jìn)行重排序，但是重排序過(guò)程不會(huì)影響到單線程程序的執(zhí)行，卻會(huì)影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性。

在Java里面，可以通過(guò)volatile關(guān)鍵字來(lái)保證一定的“有序性”（具體原理在下一節(jié)講述）。另外可以通過(guò)synchronized和Lock來(lái)保證有序性，很顯然，synchronized和Lock保證每個(gè)時(shí)刻是有一個(gè)線程執(zhí)行同步代碼，相當(dāng)于是讓線程順序執(zhí)行同步代碼，自然就保證了有序性。

另外，Java內(nèi)存模型具備一些先天的“有序性”，即不需要通過(guò)任何手段就能夠得到保證的有序性，這個(gè)通常也稱為 happens-before 原則。如果兩個(gè)操作的執(zhí)行次序無(wú)法從happens-before原則推導(dǎo)出來(lái)，那么它們就不能保證它們的有序性，虛擬機(jī)可以隨意地對(duì)它們進(jìn)行重排序。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java内存模型与happens-before原则的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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