文章目錄

• • • 1. 對線程的非共享變量不做任何處理
    • 2. 線程共享變量提供同步機制
    • • 1. 線程內的數據一致性保證
      • • 2. 同步方式
      • 3. HAPPENS-BEFORE

??感覺最近看JAVA的內存模型相關的東西看的有點暈，加上之前看操作系統(tǒng)也接觸到操作系統(tǒng)層面也有內存模型的概念。在這里嘗試對內存模型做一個定義和解釋。這里有對內存模型的一個基本定義，不知道怎么翻譯才好，我覺得內存模型是一組規(guī)則，這一組規(guī)則定義了程序對內存中的單個或多個變量操作之間的可見性應該是怎么樣的。通過這些規(guī)則來規(guī)范對內存的讀寫操作，從而保證指令執(zhí)行的正確性。

THE MEMORY MODEL DETERMINES WHAT VALUES CAN BE READ AT EVERY POINT IN THE PROGRAM

內存模型存在的原因：

指令重排序

緩存主存不一致

JAVA 內存模型的規(guī)則

1. 對線程的非共享變量不做任何處理

??對線程的非共享變量不做任何處理。也就是線程方法棧內的變量，這些變量不能被外部線程訪問到，所以不需要做太多同步性要求，這些變量由線程內的語義控制就行，也就是滿足線程內數據一致性AS-IF-SERIAL 這里有一些概念介紹。

2. 線程共享變量提供同步機制

1. 線程內的數據一致性保證

??對于共享變量，提供的有同步的機制，但是這些不是自動同步的，需要使用同步語義VOLATILE,SYNCHRONIZED去使用這些同步規(guī)則。 在沒有使用任何同步機制的情況下，JAVA內存模型只保證線程內的數據一致性(也稱為AS-IF-SERIAL),也就是在一個線程內，能夠保證對同一個變量的讀寫是保持嚴格的程序邏輯執(zhí)行順序的，下面這個指令無法被重排序，因為第二條依賴了第一條。

INT A=5 INT B=A

但是對于不同內存的操作，JMM是允許的，比如下面的這個，在執(zhí)行的時候是可能改變的

THREAD 1 1: R2 = A; 2: B = 1; THREAD 1 2: B = 1; 1: R2 = A;

這樣的調整是不影響JMM規(guī)范的,但是考慮下面這種情況，假如兩個線程并發(fā)的話，就會出現數據問題

THREAD 1 THREAD 2 1: R2 = A; 3: R1 = B; 2: B = 1; 4: A = 2;

可能會出現R2 == 2 AND R1 == 1
所以對于共享變量的操作JMM提供了一些約束規(guī)范來進行保證共享數據的一致性

2. 同步方式

??JMM規(guī)定了一些同步操作，這些同步操作保證了程序在執(zhí)行這些操作的順序性，對于一個線程來說，同步順序主要是規(guī)定了在單個線程內程序內的同步操作的順序必須按照書寫的順序執(zhí)行（不會進行重排序），這些同步操作會保證禁止對應的指令重排序(指令重排序的概念主要還是對于單個線程來說的，對于多個線程來說，指令本來就是無序的)，同時后面可以通過HAPPENS-BEFORE保證內存的可見性，對于多個同步操作來說，是這些操作之間具有先后的順序,也就是要滿足互斥性。

同步操作有

1.VOLATILE READ. A VOLATILE READ OF A VARIABLE. 2.VOLATILE WRITE. A VOLATILE WRITE OF A VARIABLE. 3.LOCK. LOCKING A MONITOR 4.UNLOCK. UNLOCKING A MONITOR. 5.THE (SYNTHETIC) FIRST AND LAST ACTION OF A THREAD. 6.ACTIONS THAT START A THREAD OR DETECT THAT A THREAD HAS TERMINATED (§17.4.4).

對應的同步順序有

監(jiān)視器M上的解鎖動作與M上的所有后續(xù)鎖定動作是需要被同步的，就是按照固定的順序（其中“后續(xù)”根據同步順序定義）。

對易失性變量V（第8.3.1.4節(jié)）的寫操作與任何線程對V的所有后續(xù)讀取進行同步（其中“后續(xù)”是根據同步順序定義的）。

啟動線程的動作與它啟動的線程中的第一個動作同步。

將默認值（零，FALSE或NULL）寫入每個變量與每個線程中的第一個動作同步。 盡管在分配包含變量的對象之前將默認值寫入變量似乎有些奇怪，但是從概念上講，每個對象都是使用默認初始化值在程序開始時創(chuàng)建的。(這一條還是有點暈的，應該是指當前線程棧幀用到的變量吧)

線程T1中的最終操作與另一個線程T2中檢測到T1已終止的任何操作同步。 T2可以通過調用T1.ISALIVE（）或T1.JOIN（）來實現。

如果線程T1中斷了線程T2，則T1的中斷將與任何其他線程（包括T2）確定T2已被中斷的任何點進行同步（通過引發(fā)INTERRUPTEDEXCEPTION或調用THREAD.INTERRUPTED或THREAD.ISINTERRUPTED）。

3. HAPPENS-BEFORE

HAPPENS-BEFORE 主要強調了可見性，
如果，A HAPPEN-BEFORE B, 那么A對共享內存所有的操作對B來說都是可見的

對應的HAPPEN-BEFORE有以下幾種

監(jiān)視器的解鎖HAPPEN-BEFORE對該監(jiān)視器的后續(xù)加鎖,也就是基于SYNCHRONIZED的代碼塊對內存的操作對于后續(xù)進入該內存的操作都是可見的

對VOLATILE變量的寫HAPPEN-BEFORE對該變量的后續(xù)讀

對線程START()方法的調用HAPPEN-BEFORE該線程內的任何操作

一個線程內的所有操作HAPPEN-BEFORE其他線程成功JOIN()該線程

任意對象的默認初始化HAPPEN-BEFORE程序的其他操作

上面5條HAPPEN-BEFORE規(guī)則涵蓋了多線程編程中的鎖、共享變量讀寫、線程生命周期和對象初始化等等重要內容，普通開發(fā)人員不用深入了解JMM，只需要知道這5條規(guī)則，可以很輕松的處理多線程場景。
對于內存中的共享變量，JMM提供了HAPPEN-BEFORE規(guī)則來約束指令的重排序和緩存內存的可見性

好博客
HTTPS://MONKEYSAYHI.GITHUB.IO/2017/12/28/%E4%B8%80%E6%96%87%E8%A7%A3%E5%86%B3%E5%86%85%E5%AD%98%E5%B1%8F%E9%9A%9C/

VOLATILE 和 MESI的關系，是利用了不同的系統(tǒng)去實現VOLATILE,中間隔著好幾層
HTTPS://WWW.ZHIHU.COM/QUESTION/296949412
HTTPS://JUEJIN.IM/POST/5A2B53B7F265DA432A7B821C

JAVA JMM和操作系統(tǒng)的內存模型,他是根據不同的操作系統(tǒng)特性做了實現
HTTPS://WWW.ZHIHU.COM/QUESTION/296949412 第3條
VOLATILE 的JMM實現

當然VOLATILE還有一個作用是禁止了指令重排序，和內存屏障是不一樣的，指令重排序是指單個線程中，CPU執(zhí)行的指令是按照順序執(zhí)行的，內存屏障是指多個核同時運行的時候對主內存的讀寫的順序性或者說是可見性。

JMM使用上面四種屏障提供了JAVA程序運行時統(tǒng)一的內存模型，以VOLATILE為例：1）VOLATILE變量執(zhí)行寫操作，會在寫之前插入STORESTORE BARRIERS，在寫之后插入STORELOAD BARRIERS。 解釋：VOLATILE變量在執(zhí)行寫操作之前插入STORESTORE BARRIERS，代表在執(zhí)行VOLATILE變量寫之前的所有STORE操作都已執(zhí)行，數據同步到了內存中（將STORE BUFFER中的STORE操作刷新到內存）；寫之后插入STORELOAD BARRIERS，代表該VOLATILE變量的寫操作也會立即刷新到內存中，其他線程會看到最新值。 2）VOLATILE變量執(zhí)行讀操作，會在讀之前插入LOADLOAD BARRIERS，在讀之后插入LOADSTORE BARRIERS。 解釋：VOLATILE變量在執(zhí)行讀操作之前插入LOADLOAD BARRIERS，代表在執(zhí)行VOLATILE變量讀之前的所有LOAD從內存中獲取最新值；在讀之后插入LOADSTORE BARRIERS，代表該讀取VOLATILE變量獲得是內存中最新的值。

內存模型的實現，操作系統(tǒng)內存模型實現
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??指令重排序和PROGRAM ORDER 是不沖突的，PROGRAM ORDER 是指單線程而不是單核。注意，即使處理器完全按照程序順序(PROGRAM ORDER)執(zhí)行指令也可能發(fā)生指令重排序哦（譯者注：比如第一個原因是前面的指令緩存MISS，而后面的指令緩存HIT。畢竟，緩存是透明的）。對于單線程程序來說，兩條對內存不同地址進行寫操作的指令發(fā)生了指令重排序，是不影響程序結果的。但是，在多線程情況下，比如表3.1， 如果對C1的兩條指令發(fā)生重排序，就會影響程序的最終結果。并且，寫指令重排序是不可預測的，你猜不準何時會發(fā)生。用緩存一致性協(xié)議時避免不了此問題的（緩
存是透明的）。

??內存模型和指令重排序是兩碼事兒，怎么來做區(qū)分呢，內存模型主要是為了解決應為緩存等問題導致了CPU執(zhí)行的時候看到的數據不一致的問題
??指令重排序是指CPU對指令進行了重排，在時間順序上改變了執(zhí)行的先后,而內存模型是假設CPU是執(zhí)行的順序是正確的，如果保證在正確執(zhí)行的順序下保證CPU看到的內存是一致的，所以單核CPU理論上是不需要內存屏障的，因為數據都是在一個CPU上面運算，所以一致性和可見性是沒有問題的。

參考這里，我覺得這里說的更有道理
HTTPS://MONKEYSAYHI.GITHUB.IO/2017/12/28/%E4%B8%80%E6%96%87%E8%A7%A3%E5%86%B3%E5%86%85%E5%AD%98%E5%B1%8F%E9%9A%9C/
內存屏障兼顧了對內存的可見性處理和指令的重排序約束

內存屏障的作用就是要保證CPU執(zhí)行了對應的操作以后CPU看到的數據的一致性。
應該說的是內存屏障和指令重排序是兩個事兒，而不是說內存模型和指令重排序是兩個事兒，因為內存模型的支撐需要指令重排序的一些相關設置，同時內存模型也需要內存屏障的支撐，JAVA的內存屏障應該也是這個意思吧。
感覺JAVA的內存屏障也包括了對指令重排序的功能，同時包含了對緩存的管理功能。

我感覺指令重排序等是內存模型需要處理的問題之一，內存模型主要是為了處理多個線程的CPU看到的變量的值不一致的問題，我們允許這個不一致的情況有多嚴重，這就是內存模型，為了滿足內存模型，什么時候需要對指令重排序進行禁止，什么時候需要鎖緩存。這是兩個維度的事兒。
那種LOADSTORE的屏障不僅是禁止指令排序，同時需要滿足內存的可見性，要滿足內存的可見性，首先就不能讓指令重排序。
這個鏈接杰哥
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感覺內存屏障還是不包括指令重排，這個是JAVA規(guī)范的兩個方面，JVM實現這兩個方面保證使用的措施可能不同，但是某些情況下需要同時進行指令重排序的限制和指令重排序的限制

哪些可以作為常量
HTTPS://BLOG.CSDN.NET/U010798968/ARTICLE/DETAILS/72835255

volatile的一些問題
https://www.jianshu.com/p/6745203ae1fe

總結

以上是生活随笔為你收集整理的内存模型杂论的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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