ava并发采用的是共享内存模型,线程之间的通信对程序员来说是透明的,内存可见性问题很容易困扰着java程序员,今天我们就来揭开java内存模型的神秘面纱。
在揭开面纱之前,我们需要认识几个基础概念:内存屏障(memory Barriers),指令重排序,happens-before规则,as-if-serial语义。
什么是 Memory Barrier(内存屏障)?内存屏障,又称内存栅栏,是一个CPU指令,基本上它是一条这样的指令:
1、保证特定操作的执行顺序。
2、影响某些数据(或则是某条指令的执行结果)的内存可见性。
编译器和CPU能够重排序指令,保证最终相同的结果,尝试优化性能。插入一条Memory Barrier会告诉编译器和CPU:不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序。
Memory Barrier所做的另外一件事是强制刷出各种CPU cache,如一个 Write-Barrier(写入屏障)将刷出所有在 Barrier 之前写入 cache 的数据,因此,任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。
Memory Barrier.png
这和java有什么关系?volatile是基于Memory Barrier实现的。
如果一个变量是volatile修饰的,JMM会在写入这个字段之后插进一个Write-Barrier指令,并在读这个字段之前插入一个Read-Barrier指令。
volatile.png
这意味着,如果写入一个volatile变量a,可以保证:
1、一个线程写入变量a后,任何线程访问该变量都会拿到最新值。
2、在写入变量a之前的写入操作,其更新的数据对于其他线程也是可见的。因为Memory Barrier会刷出cache中的所有先前的写入。
happens-before从jdk5开始,java使用新的JSR-133内存模型,基于happens-before的概念来阐述操作之间的内存可见性。
在JMM中,如果一个操作的执行结果需要对另一个操作可见,那么这两个操作之间必须要存在happens-before关系,这个的两个操作既可以在同一个线程,也可以在不同的两个线程中。
与程序员密切相关的happens-before规则如下:
1、程序顺序规则:一个线程中的每个操作,happens-before于该线程中任意的后续操作。
2、监视器锁规则:对一个锁的解锁操作,happens-before于随后对这个锁的加锁操作。
3、volatile域规则:对一个volatile域的写操作,happens-before于任意线程后续对这个volatile域的读。
4、传递性规则:如果 A happens-before B,且 B happens-before C,那么A happens-before C。
注意:两个操作之间具有happens-before关系,并不意味前一个操作必须要在后一个操作之前执行!仅仅要求前一个操作的执行结果,对于后一个操作是可见的,且前一个操作按顺序排在后一个操作之前。 |