java内存模型

Posted 2022-03-10 yjxyy

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了java内存模型相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

??java内存模型试图屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异，以实现让java在各种平台下对内存的一致性访问。

主内存和工作内存

??处理器上的寄存器的读写速度比内存快几个数量级，为了解决这种速度矛盾，我们加入了高速缓存Cache。

??加入高速缓存的问题就是：缓存一致性。如果多个缓存共享同一个储存区域，那么多个缓存的数据可能不一致，所以需要一些协议来解决这个问题。

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??所有的变量都存储在主内存中，每个线程有自己的工作内存，工作内存存储在高速缓存中或者寄存器中，保存了该线程所使用变量的主内存副本拷贝。

??线程只能操作自己的工作内存中的变量，不同线程之间的变量值传递需要通过主内存来完成。

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内存间的相互操作

??Java内存模型定义了8个操作来完成主内存和工作内存的交互操作。

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??read：把一个变量的值从主内存传输到工作内存。

??load：在read执行之后，把read得到的值放入工作内存的变量副本中

??use：把工作内存中的一个变量的值传给执行引擎

??assign：把一个从执行引擎接受到的值赋值给工作内存中的变量。

??store:把工作内存中的一个变量的值传送到内存中。

??write：在store执行之后，把store得到的值放入到主内存变量中。

??lock:作用于主内存的变量

??unlock

内存模型的三大特性

1.原子性

??java内存模型保证了read，load，use，assign，store,write,lock和unlock操作具有原子性。但是 Java 内存模型允许虚拟机将没有被 volatile 修饰的 64 位数据（long，double）的读写操作划分为两次 32 位的操作来进行，即 load、store、read 和 write 操作可以不具备原子性。

??有一个错误认识就是，int 等原子性的类型在多线程环境中不会出现线程安全问题。前面的线程不安全示例代码中，cnt 属于 int 类型变量，1000 个线程对它进行自增操作之后，得到的值为 997 而不是 1000。

??为了方便讨论，将内存间的交互操作简化为 3 个：load、assign、store。

? 下图演示了两个线程同时对 cnt 进行操作，load、assign、store 这一系列操作整体上看不具备原子性，那么在 T1 修改 cnt 并且还没有将修改后的值写入主内存，T2 依然可以读入旧值。可以看出，这两个线程虽然执行了两次自增运算，但是主内存中 cnt 的值最后为 1 而不是 2。因此对 int 类型读写操作满足原子性只是说明 load、assign、store 这些单个操作具备原子性。

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AtomicInteger 能保证多个线程修改的原子性。

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用AtomicInterger代替int就能保证线程的安全性。

package ConcurrentExemple;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class UnsafeExemple 
    public  class Exemple
        private AtomicInteger cnt=new AtomicInteger();
        public  void add()
            cnt.incrementAndGet();
        
        public  int res()
            return cnt.get();
        
    
    public static void main(String[]args)throws InterruptedException
        int threadSize=1000;
        UnsafeExemple e=new UnsafeExemple();
        Exemple exemple=e.new Exemple();
        CountDownLatch countDownLatch=new CountDownLatch(threadSize);
        ExecutorService executorService= Executors.newCachedThreadPool();
        for(int i=0;i<threadSize;i++)
            executorService.execute(()->
                exemple.add();
                countDownLatch.countDown();
//                System.out.println(exemple.res());
            
            );

        
        countDownLatch.await();
        executorService.shutdown();
        System.out.println(exemple.res());

2.可见性

??可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即得知这个修改。java内存模型是在变量改变值后重新放回主内存，在变量读取前从主内存刷新变量值来实现可见性的。

主要有三种实现可见性的方法：

volatile

synchronized

??对一个变量执行unlock操作之前，必须把变量值同步回主内存。

final

??被final关键字修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且没有发生this逃逸（其他线程通过this引用访问到初始化了一半的对象），那么其他线程就能看到final的值。对前面的线程不安全示例中的 cnt 变量使用 volatile 修饰，不能解决线程不安全问题，因为 volatile 并不能保证操作的原子性。

3.有序性

??有序性是指：在本线程内观察，所有的操作都是有序的。在一个线程观察另一个线程，所有的操作都是无序的，无序是因为发生了指令重排序。在java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，重排序不会影响单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。volatile关键字通过添加内存屏障的方式来禁止指令重排，即重排序时不能把后面的指令放到内存屏障之前。也可以通过synchronized来保证有序性，它保证每个时刻只有一个线程在执行。