java内存模型来屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异,以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。
定义程序中各种变量的访问规则,即关注在虚拟机中把变量值存储到内存和从内存中取出变量值这样的底层细节。
一、主内存和工作内存
JMM规定了所有的变量都存储在主内存中,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该线程使用的变量的主内存副本,线程对变量的所有操作(读取、赋值)都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存中的数据。不同线程之间无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。
2、内存间的交互操作
JMM中定义了8种操作,虚拟机实现时必须保证下面提及的每一种操作都是原子的、不可再分的
1、lock(锁定):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(解锁):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(读取):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动作使用
4、load(载入):作用于工作内存的变量,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(使用):作用于工作内存的变量,它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎,没当虚拟机遇到一个需要使用变量的值的字节码指令时执行这个操作
6、assign(赋值):作用于工作内存的变量,它把一个从执行引擎接收的值赋给工作内存的变量,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(存储):作用于工作内存的变量,它把工作内存的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(写入):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值放入主内存的变量中
如果把一个变量从主内存拷贝到工作内存,就需要按顺序执行read和load操作;如果把变量从工作内存同步回主内存,就要按顺序执行store和write操作。JMM只要求上述两个操作必须按顺序执行,但不要求是连续执行。
JMM规定了在执行上述8种基本操作时必须满足一下规则:
1、不允许read和load、store和write操作之一单独出现
2、不允许一个线程丢弃它最近但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回主内存
3、不允许一个线程无原因的(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、一个新的变量只能从主内存中诞生,不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化的变量
5、一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作,但lock可以被同一线程重复执行多次,多次执行lock后只有执行相同次数但unlock后变量才会被解锁
6、如果对一个变量执行lock操作,那将回清空工作内存中此变量对值,在执行引擎使用这个变量前,需要重新执行load和assign操作以初始化变量对值。
7、如果一个变量值事先没有被lock操作锁定,那就不允许对它执行unlock操作,也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量
8、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
三、volatile
当一个变量被定义成volatile之后,它将具备两项特性:
1、保证此变量对所有的线程的可见性(当一条线程修改了这个变量的值,新值对于其他线程是立即得知的)
2、禁止指令重排序优化(普通的变量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于程序代码中的执行顺序一致)
四、原子性、可见性、有序性
JMM是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性、有序性这三个特征来建立的
1、原子性
基本数据类型的访问、读写都具备原子性(无需过多考虑long和double)
虚拟机提供了字节码指令monitorenter、monitorexit来隐式的使用(代码中就是synchronized关键字)
2、可见性
就是指当一个线程修改了共享变量的值,其他线程能够立即得知这个修改。
volatile、final、synchronized都可以实现可见性
3、有序性
如果在本线程内观察,所有的操作都是有序的;如果在一个线程中观察另一个线程,所有的操作都是无序的。
前半句指线程内表现为串行,后半句指指令重排序和工作内存与主内存同步延迟
五、Happens-Before原则
是JMM中定义的两项操作之间的偏序关系
1、程序次序规则
在一个线程内,按照控制流程序,书写在前面的操作先发生在书写在后面的操作
2、管程锁定规则
一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
3、volatile变量规则
对于一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
4、线程启动规则
Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作
5、线程终止规则
线程中的所有操作都先行发生于此线程的终止检测
6、线程中断规则
对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
7、对象终结规则
一个对象的初始化完成先行发生于它的finalize()方法的开始
8、传递性
如果操作A先行发生于操作B,操作B先行发生于操作C,那么操作A一定先发生于操作C
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