java内存模型

类别:java  阅读:207  发布时间:Sun Mar 04 14:33:51 CST 2018

主内存与工作内存

1.java内存模型规定所有的变量都存储在主内存中,变量包括实例字段、静态变量和构成数组对象的元素,不包括局部变量与方法参数。

2.每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了被线程使用到的变量的主内存副本拷贝

3.线程对变量的所有操作都在工作内存中进行。

4.不同的线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量。

5.线程间变量值的传递需要通过主内存完成。


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    注意:此处的主内存,工作内存跟java内存区域中的堆、栈、方法区等并不是同一个层次的内存划分,如果两者要勉强对应起来,主内存主要对应堆中的对象,工作内存对应虚拟机栈中的部分区域。

内存间交互操作

    关于主内存与工作内存之间具体的交互协议,即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存之类的实现细节,定义了以下八种操作来完成:

1.lock:作用于主内存的变量,它把一个变量标识为一条线程独占的状态。

2.unlock:作用于主内存的变量,它把一个处于锁定状态的变量释放出来,释放后的变量才能被其他线程锁定。

3.read:作用于主内存的变量,它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中,以便随后的load工作使用。

4.load:作用于工作内存中的变量,它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。

5.use:作用于工作内存中的变量,它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎,每当虚拟机遇到一个需要使用到变量的值的字节码指令时将会执行这个操作。

6.assign:作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接收到的值赋值给工作内存的变量,每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作。

7.store:作用于工作内存的变量,它把工作内存中一个变量的值传送到主内存中,以便随后的write操作使用。

8.write:作用于主内存的变量,它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。

    如果要把一个变量从主内存复制到工作内存,就要按顺序执行read和load操作

    如果要把变量从工作内存同步回主内存,就要按顺序地执行store和write操作。

    注意:java内存模型只要求上述两个操作必须按顺序执行。而没有保证必须是连续执行。也就是说read和load之间、store于write操作之间是可插入其他指令的,如对主内存的变量a、b进行访问时,一种可能出现的顺序是read a、read b、load b、load a。

    java内存还规定执行上述八种基本操作时必须满足如下规则:

1.不允许read和load、store和write操作之一单独出现,即不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受,或者从工作内存发起回写了但主内存不接受的情况出现。

2.不允许一个线程丢弃它的最近assign操作,即变量在工作内存中改变了之后必须把该变化同步写回主内存。

3.不允许一个线程无原因地(没有发生过任何assign操作)把数据从线程的工作内存同步回主内存中。

4.一个新的变量只能在主内存中“诞生”,不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化(load或assign)的变量。

5.一个变量是同一个时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock操作可以被同一条线程重复执行多次,多次执行lock后,只有执行相同次数的unlock操作,变量才会被解封。

    如果一个变量执行lock操作,将会清空工作内存中此变量的值,在执行引擎使用这个变量前,需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。

    如果一个变量事先没有被lock操作锁定,则不允许对它执行unlock操作:也不允许去unlock一个被其他线程锁定住的变量。

    对一个变量执行unlock操作之前,必须先把此变量同步回主内存中(执行store和write操作)。

对于volatile的特殊讨规则

    java内存模型对volatile专门定义了特殊的访问规则,当一个变量被定义成volatile之后,它将具备两种特性。

    第一是保证此变量对所有的线程的可见性,所谓可见性,就是一个线程修改了volatile变量,那么其他线程在使用这个变量之前都要先刷新。但注意的是volatile变量的运算在并发下是U不安全的,因为java里面的运算并非原子操作。在修改一个volatile变量时,需要先把变量从主内存读到线程工作内存,然后修改,再写回主内存,在这些步骤过程中,可能其他线程执行过其他命令。

    第二个是禁止指令重排序优化,普通的变量仅仅会保证在该方法的执行过程中所有依赖赋值结果的地方都能获取到正确的结果,而不能保证变量赋值操作的顺序与程序代码中的执行顺序一致,因为在一个线程的方法执行过程中无法感知到这点,这也就是java内存模型中描述的所谓的“线程内表现为串行的语义”。关于指令重排序研究,有篇研究性的文章 https://tech.meituan.com/java-memory-reordering.html

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