Java內(nèi)存模型

Java內(nèi)存模型不同于Jvm內(nèi)存模型，Java內(nèi)存模型(JMM)規(guī)定了JVM必須遵循一組最小保證，這組保證規(guī)定了對變量的寫入操作在何時將于其他線程可見。

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中試圖定義一種Java內(nèi)存模型（Java Memory Model，JMM），JVM通過在適當(dāng)?shù)奈恢貌迦雰?nèi)存柵欄來屏蔽JMM和各個硬件平臺和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異，以實(shí)現(xiàn)讓Java程序在各種平臺下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪問效果。Java內(nèi)存模型并沒有限制執(zhí)行引擎使用處理器的寄存器或者高速緩存來提升指令執(zhí)行速度，也沒有限制編譯器對指令進(jìn)行重排序。也就是說，在java內(nèi)存模型中，也會存在緩存一致性問題和指令重排序的問題。

Java內(nèi)存模型規(guī)定所有的變量都是存在主存當(dāng)中（類似于前面說的物理內(nèi)存），每個線程都有自己的工作內(nèi)存（類似于前面的高速緩存）。線程對變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接對主存進(jìn)行操作。并且每個線程不能訪問其他線程的工作內(nèi)存。
如圖：

一，重排序

再沒有充分同步的程序中，如果調(diào)度器采用不恰當(dāng)?shù)姆绞絹斫惶鎴?zhí)行不同線程的操作，那么將導(dǎo)致不正確的結(jié)果。更糟糕的是，JMM還使得不同線程看到的操作執(zhí)行順序是不同的，從而導(dǎo)致在缺乏同步的情況下，要推斷操作的執(zhí)行順序更加復(fù)雜，各種使得操作延遲或者砍死亂序執(zhí)行的不同原因，都可以稱為“重排序”

將緩存刷新到主內(nèi)存的不同時序也可能會導(dǎo)致重排序。

重排序的基礎(chǔ)是前后語句不存在依賴關(guān)系時，才有可能發(fā)生指令重排序。

內(nèi)存柵欄會屏蔽重排序

兩個操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺的具體實(shí)現(xiàn)必須要按照happens-before關(guān)系指定的順序來執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果，與按happens-before關(guān)系來執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法（也就是說，JMM允許這種重排序）

二，happens-before

happens-before原則是指如果A和B滿足這個happens-before原則，則可以保證操作B的線程可以看到操作A的結(jié)果。

當(dāng)一個變量被多個線程讀取并且至少被一個線程寫入時，如果在讀操作和寫操作之間沒有按照H-B原則來排序，就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)競爭問題，在正確同步的程序中不存在數(shù)據(jù)競爭，并且會表現(xiàn)出串行一致性。

1，程序順序原則
單線程中，寫在前面的操作A會在寫在后面的操作B之前執(zhí)行。

2,鎖原則
在鎖上的解鎖操作必須在鎖上的加鎖操作之前執(zhí)行。

3，volatile變量原則
對volatile變量的寫入操作必須在對該變量的讀操作之前執(zhí)行。

4，線程啟動原則
在一個線程上，start操作必須在該線程執(zhí)行任何操作之前執(zhí)行。

5，線程關(guān)閉原則
線程中任何操作都必須在其他線程檢測到該線程已經(jīng)結(jié)束之前執(zhí)行。

6，線程中斷原則
當(dāng)一個線程在另一個線程調(diào)用interrupt時，必須在被中斷線程檢測到interrupt調(diào)用之前執(zhí)行。‘’

7，終結(jié)器規(guī)則。
對象的構(gòu)造函數(shù)必須在啟動該對象的終結(jié)器之前執(zhí)行完成。

8，傳遞性
如果操作A H-B 操作B,操作B H-B 操作C 則 操作A H-B 操作C

如果2個在不同線程的操作不滿足H-B原則，則無法推斷一個操作是否一定在另一個操作之前。

如：

這里，在多個線程來調(diào)用時，因為不滿足H-B，所以第一個線程調(diào)用時，已經(jīng)初始化了resource，沒法保證第二個線程來時，獲取到的resource到底是拿到的null還是一個失效值。

三，借助同步

由于H-B排序功能很強(qiáng)大，因此有時候可以“借助”現(xiàn)有同步機(jī)制的可見性屬性。

“借助同步”技術(shù)是指借助于現(xiàn)有的H-B原則，來確保對象X的可見性，而不是為了發(fā)布X而創(chuàng)建一個H-B順序。

在類庫中提供的其他H-B順序：

四，并發(fā)編程的三個問題

1，原子性

一個操作要么全部執(zhí)行，要么不執(zhí)行。

JAVA中原子性靠synchronized和Lock來實(shí)現(xiàn)，或者native方法的cas等

2，可見性

多個線程訪問一個變量時，一個線程修改后其他線程可以立即看到這個值的改變。

Java提供了volatile關(guān)鍵字來保證可見性

3，有序性

程序執(zhí)行的順序按照代碼的先后順序執(zhí)行。

Java中保證了單線程下看起來有序（as if serial），不保證多線程下有序。

因為在Java內(nèi)存模型中，允許編譯器和處理器對指令進(jìn)行重排序，但是重排序過程不會影響到單線程程序的執(zhí)行，卻會影響到多線程并發(fā)執(zhí)行的正確性。

在Java里面，可以通過volatile關(guān)鍵字來保證一定的“有序性”（具體原理在下一節(jié)講述）。另外可以通過synchronized和Lock來保證有序性，很顯然，synchronized和Lock保證每個時刻是有一個線程執(zhí)行同步代碼，相當(dāng)于是讓線程順序執(zhí)行同步代碼，自然就保證了有序性。

另外，Java內(nèi)存模型具備一些先天的“有序性”，即不需要通過任何手段就能夠得到保證的有序性，這個通常也稱為 happens-before 原則。如果兩個操作的執(zhí)行次序無法從happens-before原則推導(dǎo)出來，那么它們就不能保證它們的有序性，虛擬機(jī)可以隨意地對它們進(jìn)行重排序。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java内存模型与happens-before原则的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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