什么是JMM?
JMM(Java内存模型Java Memory Model,简称JMM)本身是一种抽象的概念并不真实存在它仅仅描述的是一组约定或规范,通过这组规范定义了程序中(尤其是多线程)各个变量的读写访问方式并决定一个线程对共享变量的写入何时以及如何变成对另一个线程可见,关键技术点都是围绕多线程的原子性、可见性和有序性展开的。
JMM能用来做什么?
1 通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系。
2 屏蔽各个硬件平台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。
JMM规范下的三大特性
1.可见性
是指当一个线程修改了某一个共享变量的值,其他线程是否能够立即知道该变更 ,JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。Java中普通的共享变量不保证可见性,因为数据修改被写入内存的时机是不确定的,多线程并发下很可能出现"脏读",所以每个线程都有自己的工作内存,线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作(读取,赋值等 )都必需在线程自己的工作内存中进行,而不能够直接读写主内存中的变量。不同线程之间也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.原子性
指一个操作是不可中断的,即多线程环境下,操作不能被其他线程干扰。
3.有序性
在Java内存模型中,允许编译器和处理器对指令进行重排序,但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行,却会影响到多线程并发执行的正确性。在Java里面,可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”(具体原理在下一节讲述)。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性,很显然,synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码,相当于是让线程顺序执行同步代码,自然就保证了有序性。
JMM规范下,多线程对变量的读写过程
由于JVM运行程序的实体是线程,而每个线程创建时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,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)必须在工作内存中进行,首先要将变量从主内存拷贝到的线程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主内存,不能直接操作主内存中的变量,各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝,因此不同的线程间无法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,其简要访问过程如下图:
JMM规范下,多线程先行发生原则之happens-before
在JMM中, 如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见性 或者 代码重排序,那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。
先行发生原则
如果Java内存模型中所有的有序性都仅靠volatile和synchronized来完成,那么有很多操作都将会变得非常啰嗦, 但是我们在编写Java并发代码的时候并没有察觉到这一点。
我们没有时时、处处、次次,添加volatile和synchronized来完成程序,这是因为Java语言中JMM原则下 有一个“先行发生”(Happens-Before)的原则限制和规矩。
这个原则非常重要: 它是判断数据是否存在竞争,线程是否安全的非常有用的手段。依赖这个原则,我们可以通过几条简单规则一揽子解决并发环境下两个操 作之间是否可能存在冲突的所有问题,而不需要陷入Java内存模型苦涩难懂的底层编译原理之中。
8个happens-before原则
1.次序原则
一个线程内,按照代码顺序,写在前面的操作先行发生于写在后面的操作。
2.锁定原则
一个unLock操作先行发生于后面((这里的“后面”是指时间上的先后))对同一个锁的lock操作。
3.volatile变量规则
对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作, 前面的写对后面的读是可见的,这里的“后面”同样是指时间上的先后。
4.传递规则
如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C。
5.线程启动规则(Thread Start Rule)
Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作。
6.线程中断规则(Thread Interruption Rule)
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,可以通过Thread.interrupted()检测到是否发生中断。
7.线程终止规则(Thread Termination Rule)
线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检 测,我们可以通过Thread::join()方法是否结束、 Thread::isAlive()的返回值等手段检测线程是否已经终止执行。
8.对象终结规则(Finalizer Rule)
一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize()方法的开始,也就是说对象没有完成初始化之前,是不能调用finalized()方法的。