Java内存模型与线程（卷六）

Java内存模型与线程。

计算机的运算速度与它的存储和通信子系统速度差距过大，为了压榨计算机性能，多任务处理才诞生。

内存模型是一种缓存一致性协议。

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A1[处理器] --> B1(高速缓存) 
A2[处理器] --> B2(高速缓存)
A3[处理器] --> B3(高速缓存)
B1 --> C[缓存一致性协议]
B2 --> C[缓存一致性协议]
B3 --> C[缓存一致性协议]
C ---|数据交换| D[主内存]

Java内存模型JMM

JMM屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，目的是定义各个变量（实例变量、类变量、数组对象元素，不含有局部变量，因为线程私有）的访问规则。

0x00 主内存和工作内存

一些规则。

  • 所有的变量（实例变量、类变量、数组对象元素，不含有局部变量，因为线程私有）都存储在主内存。
  • 线程有自己的工作内存。
  • 线程对变量的所有操作（读取，赋值）必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存的变量。
  • 线程间变量的传递需要通过主内存。
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 A1[线程] --> B1(工作内存) 
A2[线程] --> B2(工作内存)
A3[线程] --> B3(工作内存)
B1 --> C[Save和Load操作]
B2 --> C[Save和Load操作]
B3 --> C[Save和Load操作]
C -->|数据交换| D((主内存))

0x01 内存交换操作

作用于主内存的有（lock、unlock、read、write），作用于工作内存的有（load、use、assign、store）。

  • lock：把变量标识为线程独占状态。
  • unlock：把处于锁定状态的变量释放出来，以便其他线程继续使用。
  • read：把变量的值从主内存cp到工作内存中，以便之后的load动作使用。
  • load：把read动作得到的值加载到工作内存中的变量副本中。
  • use：把变量的值从工作内存传递到执行引擎。
  • assign：把执行引擎返回的值赋给工作内存的变量。
  • store：把工作内存的值传递给主内存，以便之后的write动作使用。
  • write：把store动作得到的值写入主内存变量中。

交换八大规则，这八大规则严谨而又繁琐，使用等效判定原则--先行发生原则。

  1. read和load、store和write必须成对出现（中间可以有其他动作），就是说，不允许变量从主内存读取后工作内存不接受，不允许变量从工作内存写回主内存不接受。
  2. 变量在工作内存改变后，必须把该变化同步到主内存。
  3. 不允许线程在未发生assign动作的前提下把数据从工作内存写回主内存。
  4. 新的变量只能从主内存诞生。
  5. 一个变量在同一时间只能被一条线程进行lock操作，但同意线程可lock多次。
  6. 对变量进行lock操作，会清空工作内存中该变量的值。
  7. 不允许对未进行lock的线程进行unlock操作。
  8. 对变量进行unlock操作前，必须把值同步回主内存。

0x10 volatile变量特殊规则

volatile保证两个特性：只保证变量对所有线程的可见性；禁止指令重排序。

  • 线程可见性：一条线程改变了变量值，新值对其他线程时立即可见的。
  • 指令重排序：保证执行的最终结果正确，不保证变量赋值操作的顺序和代码中一致。

在不符合以下规则是，需要通过加锁保证原子性，不能通过volatile。

  1. 运算结果不依赖当前值，或者保证只有一个线程修改变量值。
  2. 变量不需要于其他变量参与不变约束。

0x11 先行发生原则

A操作先行发生于B操作，那么A操作参数的影响会被B操作观察到。时间先后顺序和先行发生没有关联。

  1. 程序次序规则（Program Order）：在同一线程内，写在前面的操作先行发生于之后的操作。
  2. 管程锁定规则（Monitor Lock）：一个unlock操作先行发生于时间上后面对同一个锁的lock操作。
  3. volatile变量规则（Volatile Variable）：volatile变量的写操作先行发生于时间上后面对该变量的读操作。
  4. 线程启动规则（Thread Start）：Thread对象的start方法先行发生于线程的每一个动作。
  5. 线程终止规则（Thread Termination）：线程中所有的操作先行发生有线程的终止检测。
  6. 线程中断规则（Thread Interruption）：对线程的interrupt方法调用先行发生于被中断线程的代码检测到该中断事件的发生。
  7. 对象终止原则（Finalizer）：一个对象的初始化完成先行发生于finalize方法的开始。
  8. 传递性（Transitivity）