我們將根據(jù)JVM的內(nèi)存模型探索java當中變量的可見性以及不同的java指令在并發(fā)時可能發(fā)生的指令重排序的情況。

內(nèi)存模型

??? 首先我們思考一下一個java線程要向另外一個線程進行通信，應(yīng)該怎么做，我們再把需求明確一點，一個java線程對一個變量的更新怎么通知到另外一個線程呢？我們知道java當中的實例對象、數(shù)組元素都放在java堆中，java堆是線程共享的。（我們這里把java堆稱為主內(nèi)存），而每一個線程都是自己私有的內(nèi)存空間（稱為工作內(nèi)存），如果線程1要向線程2通信，一定會經(jīng)過類似的流程：

1、 線程1將自己工作內(nèi)存中的X更新為1并刷新到主內(nèi)存中；

2、 線程2從主內(nèi)存讀取變量X=1，更新到自己的工作內(nèi)存中，從而線程2讀取的X就是線程1更新后的值。

從上面的流程看出線程之間的通信都需要經(jīng)過主內(nèi)存，而主內(nèi)存與工作內(nèi)存的交互，則需要Java內(nèi)存模型（JMM）來管理器。下圖演示了JMM如何管理主內(nèi)存和工作內(nèi)存：

當線程1需要將一個更新后的變量值刷新到主內(nèi)存中時，需要經(jīng)過兩個步驟：

1、 工作內(nèi)存執(zhí)行store操作；

2、 主內(nèi)存執(zhí)行write操作；

完成這兩步即可將工作內(nèi)存中的變量值刷新到主內(nèi)存，即線程1工作內(nèi)存和主內(nèi)存的變量值保持一致；

當線程2需要從主內(nèi)存中讀取變量的最新值時，同樣需要經(jīng)過兩個步驟：

1、主內(nèi)存執(zhí)行read操作，將變量值從主內(nèi)存中讀取出來；

2、工作內(nèi)存執(zhí)行l(wèi)oad操作，將讀取出來的變量值更新到本地內(nèi)存的副本；

完成這兩步，線程2的變量和主內(nèi)存的變量值就保持一致了。

可見性

??? Java中有一個關(guān)鍵字volatile，它有什么用呢？這個答案其實就在上述java線程間通信機制中，我們想象一下，由于工作內(nèi)存這個中間層的出現(xiàn)，線程1和線程2必然存在延遲的問題，例如線程1在工作內(nèi)存中更新了變量，但還沒刷新到主內(nèi)存，而此時線程2獲取到的變量值就是未更新的變量值，又或者線程1成功將變量更新到主內(nèi)存，但線程2依然使用自己工作內(nèi)存中的變量值，同樣會出問題。不管出現(xiàn)哪種情況都可能導(dǎo)致線程間的通信不能達到預(yù)期的目的。例如以下例子：

//線程1?boolean?stop =?false;?while(!stop){ doSomething(); }?//線程2 stop =?true;

這個經(jīng)典的例子表示線程2通過修改stop的值，控制線程1中斷，但在真實環(huán)境中可能會出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，線程2在執(zhí)行之后，線程1并沒有立刻中斷甚至一直不會中斷。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因就是線程2對線程1的變量更新無法第一時間獲取到。

但這一切等到Volatile出現(xiàn)后，再也不是問題，Volatile保證兩件事：

1、 線程1工作內(nèi)存中的變量更新會強制立即寫入到主內(nèi)存；

2、 線程2工作內(nèi)存中的變量會強制立即失效，這使得線程2必須去主內(nèi)存中獲取最新的變量值。

所以這就理解了Volatile保證了變量的可見性，因為線程1對變量的修改能第一時間讓線程2可見。

指令重排序

關(guān)于指令排序我們先看一段代碼：

int a = 0;?boolean flag = false;

//線程1

public void writer() {

a = 1;

flag = true;

}

//線程2

public void reader() {

if (flag) {

int i= a+1;

...... }

}

線程1依次執(zhí)行a=1,flag=true；線程2判斷到flag==true后，設(shè)置i=a+1，根據(jù)代碼語義，我們可能會推斷此時i的值等于2，因為線程2在判斷flag==true時，線程1已經(jīng)執(zhí)行了a=1；所以i的值等于a+1=1+1=2；但真實情況卻不一定如此，引起這個問題的原因是線程1內(nèi)部的兩條語句a=1；flag=true；可能被重新排序執(zhí)行，如圖：

這就是指令重排序的簡單演示，兩個賦值語句盡管他們的代碼順序是一前一后，但真正執(zhí)行時卻不一定按照代碼順序執(zhí)行。你可能會說，有這個指令重排序那不是亂套了嗎？我寫的程序都不按我的代碼流程走，這怎么玩？這個你可以放心，你的程序不會亂套，因為java和CPU、內(nèi)存之間都有一套嚴格的指令重排序規(guī)則，哪些可以重排，哪些不能重排都有規(guī)矩的。下列流程演示了一個java程序從編譯到執(zhí)行會經(jīng)歷哪些重排序：

在這個流程中第一步屬于編譯器重排查，編譯器重排序會按JMM的規(guī)范嚴格進行，換言之編譯器重排序一般不會對程序的正確邏輯造成影響。第二、三步屬于處理器重排序，處理器重排序JMM就不好管了，怎么辦呢？它會要求java編譯器在生成指令時加入內(nèi)存屏障，內(nèi)存屏障是什么？你可以理解為一個不透風的保護罩，把不能重排序的java指令保護起來，那么處理器在遇到內(nèi)存屏障保護的指令時就不會對它進行重排序了。關(guān)于在哪些地方該加入內(nèi)存屏障，內(nèi)存屏障有哪些種類，各有什么作用，這些知識點這里就不再闡述了。可以參考JVM規(guī)范相關(guān)資料。

下面介紹一下在同一個線程中，不會被重排序的邏輯：

這三種情況中，任意改變一個代碼的順序，結(jié)果都會大不相同，對于這樣的邏輯代碼，是不會被重排序的。注意這是指單線程中不會被重排序，如果在多線程環(huán)境下，還是會產(chǎn)生邏輯問題，例如我們一開始舉的例子。

結(jié)語

本文簡單介紹了java在實現(xiàn)線程間通信時的簡單原理，并介紹了volatile關(guān)鍵字的作用，最后介紹了java當中可能會出現(xiàn)指令重排序的情況。下一篇將介紹JVM中的參數(shù)設(shè)置對java程序的影響。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/eer123/p/8545302.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM学习--(二)内存模型、可见性、指令重排序的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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