JMM(Java内存模型)详解

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了JMM(Java内存模型)详解。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1.什么是JMM?

​ JMM 是Java内存模型( Java Memory Model),简称JMM。它本身只是一个抽象的概念,并不真实存在,它描述的是一种规则或规范,是和多线程相关的一组规范。通过这组规范,定义了程序中对各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式。需要每个JVM 的实现都要遵守这样的规范,有了JMM规范的保障,并发程序运行在不同的虚拟机上时,得到的程序结果才是安全可靠可信赖的。如果没有JMM 内存模型来规范,就可能会出现,经过不同 JVM 翻译之后,运行的结果不相同也不正确的情况。

​ 计算机在执行程序时,每条指令都是在CPU中执行的。而执行指令的过程中,势必涉及到数据的读取和写入。由于程序运行过程中的临时数据是存放在主存(物理内存)当中的,这时就存在一个问题,由于CPU执行速度很快,而从内存读取数据和向内存写入数据的过程,跟CPU执行指令的速度比起来要慢的多(硬盘 < 内存 <缓存cache < CPU)。因此如果任何时候对数据的操作都要通过和内存的交互来进行,会大大降低指令执行的速度。因此在CPU里面就有了高速缓存。也就是当程序在运行过程中,会将运算需要的数据从主存复制一份到CPU的高速缓存当中,那么CPU进行计算时,就可以直接从它的高速缓存中读取数据或向其写入数据了。当运算结束之后,再将高速缓存中的数据刷新到主存当中。

JMM 抽象出主存储器(Main Memory)和工作存储器(Working Memory)两种。
·主存储器是实例对象所在的区域,所有的实例都存在于主存储器内。比如,实例所拥有的字段即位于主存储器内,主存储器是所有的线程所共享的。
·工作存储器是线程所拥有的作业区,每个线程都有其专用的工作存储器。工作存储器存有主存储器中必要部分的拷贝,称之为工作拷贝(Working Copy)。
所以,线程无法直接对主内存进行操作,此外,线程A想要和线程B通信,只能通过主存进行。

2.JMM的三大特性:

JMM的三大特性:原子性、可见性、有序性。

1.原子性

一个或多个操作,要么全部执行,要么全部不执行(执行的过程中是不会被任何因素打断的)。

2.可见性

只要有一个线程对共享变量的值做了修改,其他线程都将马上收到通知,立即获得最新值。

3.有序性

​ 有序性可以总结为:在本线程内观察,所有的操作都是有序的;而在一个线程内观察另一个线程,所有操作都是无序的。前半句指 as-if-serial 语义:线程内似表现为串行,后半句是指:“指令重排序现象”和“工作内存与主内存同步延迟现象”。处理器为了提高程序的运行效率,提高并行效率,可能会对代码进行优化。编译器认为,重排序后的代码执行效率更优。这样一来,代码的执行顺序就未必是编写代码时候的顺序了,在多线程的情况下就可能会出错。

​ 在代码顺序结构中,我们可以直观的指定代码的执行顺序, 即从上到下按序执行。但编译器和CPU处理器会根据自己的决策,对代码的执行顺序进行重新排序,优化指令的执行顺序,提升程序的性能和执行速度,使语句执行顺序发生改变,出现重排序,但最终结果看起来没什么变化(在单线程情况下)。

有序性问题 指的是在多线程的环境下,由于执行语句重排序后,重排序的这一部分没有一起执行完,就切换到了其它线程,导致计算结果与预期不符的问题。这就是编译器的编译优化给并发编程带来的程序有序性问题。

Java 语言提供了 volatile 和 synchronized 两个关键字来保证线程之间操作的有序性,volatile 是因为其本身包含“禁止指令重排序”的语义,synchronized 是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得的,此规则决定了持有同一个对象锁的两个同步块只能串行进入。

3.关于同步的规定:

1.线程解锁前,必须把共享变量的值刷新回主内存。

2.线程加锁前,必须将主内存的最新值读取到自己的工作内存。

3.加锁解锁是同一把锁。

4.解释说明

​ 在JVM中,栈负责运行(主要是方法),堆负责存储(比如new的对象)。由于JVM运行程序的实体是线程,而每个线程在创建时,JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间),工作内存是每个线程的私有数据区域。而JAVA内存模型中规定,所有变量都存储在主内存中,主内存是共享内存区域,所有线程都可以访问。

​ 但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在自己的工作内存中进行。首先要将变量从主内存拷贝到自己的工作内存空间,然后对变量进行操作,操作完成后,再将变量写回到主内存。由于不能直接操作主内存中的变量,各个线程的工作内存中存储着主内存中的变量副本,因此,不同的线程之间无法直接访问对方的工作内存,线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成。

JMM中的八种操作:

为了支持 JMM,Java 定义了8种原子操作,用来控制主存与工作内存之间的交互:

·read 读取:作用于主内存,将共享变量从主内存传送到线程的工作内存中。
·load 载入:作用于工作内存,把 read 读取的值放到工作内存中的副本变量中。
·store 存储:作用于工作内存,把工作内存中的变量传送到主内存中。
·write 写入:作用于主内存,把从工作内存中 store 传送过来的值写到主内存的变量中。
·use 使用:作用于工作内存,把工作内存的值传递给执行引擎,当虚拟机遇到一个需要使用这个变量的指令时,就会执行这个动作。
·assign 赋值:作用于工作内存,把执行引擎获取到的值赋值给工作内存中的变量,当虚拟机栈遇到给变量赋值的指令时,就执行此操作。
·lock锁定: 作用于主内存,把变量标记为线程独占状态。
·unlock解锁: 作用于主内存,它将释放独占状态。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-402845.html

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