noble510520 阅读(76) 评论(0)

  有时候编译器、处理器的优化会导致runtime与我们设想的不一样,为此Java对编译器和处理器做了一些限制,JAVA内存模型(JMM)将这些抽象出来,这样编写代码时就无需考虑那么多底层细节,并保证“只要遵循JMM的规则编写程序,其运行结果一定是正确的”。

JMM的抽象结构

 在Java中,所有的实例、静态变量存储在堆内存中,堆内存是可以在线程间共享的,这部分也称为共享变量。而局部变量、方法定义参数、异常处理参数是在栈中的,栈内存不在线程间共享。

 而由于编译器、处理器的优化,会导致共享变量出现可见性问题,像在多核处理器中(multi-processor),线程可以在不同的处理器上执行,而处理器之间缓存不一致,会使共享变量出现可见性问题,有可能两个线程看到同一个变量不同值。

 JMM将这些硬件做的优化抽象成每个线程都有一个本地内存。需要读写共享变量时,从主内存中拷贝一份到本地内存。当写共享变量时,先写到本地内存中去,在将来某个时间再刷新到主内存中。当再次读共享变量时,则只会从本地内存中读取。

 这样线程间通讯就需要经过两步:

  1. 写线程:刷新本地内存到主内存中去
  2. 读线程:从主内存读取更新后的值

 这样在写-读之间就有一个延迟:本地内存什么时候刷新到主内存中去?导致可见性问题,不同线程可能看到的共享变量不一样。

JMM的抽象结构

happens-before

 从字面上看happens-before的意思是“发生在此之前”。这是java对程序执行顺序制定的规则,实现同步必须遵循该规则。这样程序员只需要写出正确的同步程序,happens-before保证运行结果不会错。

A happens-before B,不仅仅表示A在B之前执行,还意味着A的执行结果对B可见,这保证了可见性。

A happens-before B,A也不一定要在B之前执行,如果AB交替,执行结果任然正确,则允许编译器、处理器进行优化重排序。所以只要程序结果正确,编译器、处理器怎么优化,怎么重排序都没问题,都是好的。

happens-before规则

  1. 程序顺序规则:在一个线程中,前面的操作happens-before后面的操作
  2. 锁规则:对同一个锁,解锁happens-before加锁
  3. volatile域规则:写volatile变量,happens-before后面任意一个读这个volatile变量的操作
  4. 传递性:A happens-before B,B happens-before C,则A happens-before C
  5. start()规则:如果线程A执行ThreadB.start() 那么ThreadB.start() happens-before 线程B中任何操作
  6. join()规则:如果线程A执行ThreadB.join(),那么线程B中的所有操作happens-before ThreadB.join()

 下面这个示例有助于理解happens-before

double pi = 3.14; //A
double r = 1.0; //B
double area = pi * r *r; //C

 这里有三个happens-before关系,规则1、2是程序顺序规则,规则3是传递性规则推导出来的:

  1. A happens-before B
  2. B happens-before C
  3. A happens-before C

 C依赖于A、B,但是A和B谁也不依赖。所以即使A和B重排序,执行结果也不会发生变化,这种重排序,JMM是运行的。

 下面两种执行顺序的结果都是正确的。