导读 首先要明确内存模型指什么。书中的定义是:在特定的操作协议下,对特定内存和高速缓存进行读写访问的过程抽象。

可以知道,内存模型就是来规定如何对内存/缓存进行读写操作的。所以Java内存模型,就是用来定义程序对Java内存的的访问规则。进一步说, Java内存模型就是定义程序中变量(静态变量、数组对象元素等,不包括局部变量、方法参数)的访问规则。

Java内存模型的规定:
  1. 所有变量存储在主内存中;
  2. 每个线程都有自己的工作内存,且对变量的操作都是在工作内存中进行;
  3. 不同线程之间无法直接访问彼此工作内存中的变量,要想访问只能通过主内存来传递。
Java的线程、工作内存、主内存关系如下图所示:


具体变量从主内存到工作内存,以及从工作内存转回主内存的实现细节,由下面八个原子性的操作完成:

    • lock:作用于主内存变量,将该变量标识为一个线程独占的状态
    • unlock:作用于主内存变量,将独占状态释放
    • read:作用于主内存变量,将值拷贝到工作内存中
    • load:作用于工作内存中的变量,将值放到工作内存中的变量副本中
    • use:作用于工作内存中的变量,将值传给执行引擎
    • asign:作用于工作内存中的变量,将执行引擎中的值赋给工作内存中的变量
    • store:作用于工作内存中的变量,将值传给主内存
    • write:作用于主内存中的变量,将工作内存中返回的值放到主内存变量中

同时还对上述八个操作进行了一些细节的要求,比如read/load、store/write必须成对出现,未执行过lock的变量不能执行unlock操作等。

划重点,此处面试常遇到的问题就是对于volatile关键字的解读。

volatile关键字

此关键字修饰的变量具有两种效果:1、保证线程间的可见性;2、阻止指令重排序

对于1的实现,它保证load与use必须相邻调用,即要use这个变量,必定先执行read/load,这样每次都能获取到最新的变量值;它又保证asign与store必须相邻调用,即在工作内存中将该变量改了之后,必定会先同步到主内存中。这样,volatile关键字实现了可见性。至于阻止指令重排序,还是移步《深入理解Java虚拟机》一书吧,贫道水平有限,就不在这里说了。

从另一个角度来分析,Java内存模型是围绕着在并发过程中如何处理原子性、可见性、有序性来建立的。
原子性:八个原子性操作,以及synchronized(lock/unlock未直接开放给用户,synchronized通过monitorenter跟monitorexit指令调用的lock/unlock操作)

  • 可见性:volatile、synchronized、final这三个关键字均通过不同方式实现了可见性
  • 有序性:volatile、synchronized  这两个关键字保证有序性,同时还有先行发生(happens-before)原则来保证隐含的默认有序性

下面说说happens-before先行发生原则,先行发生原则用通俗语言表述就是:如果操作A在操作B之前发生,那么A产生的影响B同样能观测到。那么问题来了,先行发生原则都有哪些呢?同样有八条,如下:

  • 程序次序规则:同一个线程中按照代码的顺序依次执行
  • 管程锁定规则:对于同一个锁,unlock先行发生于后面的lock,即unlock了才会lock
  • volatile变量规则:对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对该变量的读操作,即写完了才会读
  • 线程启动规则:一个线程的start()方法先行发生于此线程的任何一个动作
  • 线程终止规则:一个线程的所有动作先行发生于该线程的终止检测
  • 线程中断规则:对一个线程interrupt()方法的调用先行发生于线程的中断检测Thread.interrpted()
  • 对象终结规则:对象的初始化完成先行发生于finalize()方法
  • 传递性:顾名思义,A先行发生于B,B先行发生于C,则A一定先行发生于C

总结

Java内存模型基本就这些内容,如果都掌握了的话,非一线互联网公司基本都能应对自如了(因为一线互联网公司贫道本人也没进去><)。

原文来自:https://www.linuxidc.com/Linux/2019-08/160335.htm

本文地址:https://www.linuxprobe.com/java-memory.html编辑:周晓雪,审核员:逄增宝

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