synchronized

Posted 2021-02-20 zzm96

1. 并发编程中的三个问题

• 可见性（Visibility）：是指一个线程对共享变量进行修改，另一个线程立即得到修改后的最新值。　　

并发编程时，会出现可见性问题，当一个线程对共享变量进行了修改，另外的线程并没有立即看到修改后的最新值。

• 原子性（Atomicity）：在一次或多次操作中，要么所有的操作都执行并且不会受其他因素干扰而中断，要么所有的操作都不执行。

并发编程时，会出现原子性问题，当一个线程对共享变量操作到一半时，另外的线程也有可能来操作共享变量，干扰了前一个线程的操作。

• 有序性（Ordering）：是指程序中代码的执行顺序，Java在编译时和运行时会对代码进行优化，会导致程序最终的执行顺序不一定就是我们编写代码时的顺序。

程序代码在执行过程中的先后顺序，由于Java在编译期以及运行期的优化，导致了代码的执行顺序未必就是开发者编写代码时的顺序。

2. Java内存模型(JMM)

• 缓存

CPU的运算速度和内存的访问速度相差比较大。这就导致CPU每次操作内存都要耗费很多等待时间。内存的读写速度成为了计算机运行的瓶颈。于是就有了在CPU和主内存之间增加缓存的设计。最靠近CPU的缓存称为L1，然后依次是 L2，L3和主内存，CPU缓存模型如图下图所示。

 

　　Cache 的出现是为了解决CPU直接访问内存效率低下问题的，程序在运行的过程中，CPU接收到指令后，它会最先向CPU中的一级缓存（L1 Cache）去寻找相关的数据，如果命中缓存，CPU进行计算时就可以直接对CPU Cache中的数据进行读取和写人，当运算结束之后，再将CPUCache中的最新数据刷新到主内存当中，CPU通过直接访问Cache的方式替代直接访问主存的方式极大地提高了CPU 的吞吐能力。但是由于一级缓存（L1 Cache）容量较小，所以不可能每次都命中。这时CPU会继续向下一级的二级缓存（L2 Cache）寻找，同样的道理，当所需要的数据在二级缓存中也没有的话，会继续转向L3Cache、内存(主存)和硬盘。

• Java内存模型的概念

　　Java Memory Molde (Java 内存模型/JMM)，千万不要和Java内存结构混淆，Java内存模型，是Java虚拟机规范中所定义的一种内存模型，Java内存模型是标准化的，屏蔽掉了底层不同计算机的区别。
　　Java内存模型是一套规范，描述了Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则，以及在JVM中将变量存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节，具体如下。
　　主内存　　主内存是所有线程都共享的，都能访问的。所有的共享变量都存储于主内存。
　　工作内存　　每一个线程有自己的工作内存，工作内存只存储该线程对共享变量的副本。线程对变量的所有的操作(读，取)都必须在工作内存中完成，而不能直接读写主内存中的变量，不同线程之间也不能直接
访问对方工作内存中的变量。 

 

•  CPU缓存，内存与Java内存模型的关系

       多线程的执行最终都会映射到硬件处理器上进行执行。但Java内存模型和硬件内存架构并不完全一致。对于硬件内存来说只有寄存器、缓存内存、主内存的概念，并没有工作内存和主内存之分，也就是说Java内存模型对内存的划分对硬件内存并没有任何影响，因为JMM只是一种抽象的概念，是一组规则，不管是工作内存的数据还是主内存的数据，对于计算机硬件来说都会存储在计算机主内存中，当然也有可能存储到CPU缓存或者寄存器中，因此总体上来说，Java内存模型和计算机硬件内存架构是一个相互交叉的关系，是一种抽象概念划分与真实物理硬件的交叉。

 

•  主内存与工作内存之间的交互

　　Java内存模型中定义了以下8种操作来完成，主内存与工作内存之间具体的交互协议，即一个变量如何从主内存拷贝到工作内存、如何从工作内存同步回主内存之类的实现细节，虚拟机实现时必须保证下面提及的每一种操作都是原子的、不可再分的。

 

 3.  synchronized保证三大特性

• 原子性： 对number++;增加同步代码块后，保证同一时间只有一个线程操作number++;。就不会出现安全问题。