并发编程(十一)：共享模型之内存

Java内存模型

JVM即Java Memory Model，定义了主存、工作内存抽象概念，底层对应CPU寄存器、缓存、硬件内存、CPU指令优化等。

• 原子性：保证指令不会受到线程上下文切换的影响
• 可见性：保证执行不会受cpu缓存的影响
• 有序性：保证指令不会受cpu执行并行优化的影响

原子性

• synchronized
• ReentrenLock

可见性

• volatile：可以修饰成员变量和静态成员变量，可以避免从自己的工作缓存中查找变量的值，必须到主存中获取变量的值，线程操作volatile变量都是直接操作内存。
• synchronized：保证可见性
  • 保证锁对象，共享变量的修改读取放在锁的同步块内，保证可见性
• synchronized语句块既可以保证代码块的原子性也能保证代码块内的变量可见性，但是synchronized属于重量级操作，性能相对低

有序性

JVM会在不影响正确性的前提下，可以调整语句的执行顺序

• 现在CPU支持多级指令流水线，CPU在一个周期内，可以划分执行不同阶段指令。本质上流水线技术并不能缩短单条指令执行顺序，但是一个时间周期内可以提高执行吞吐率。
• 在不改变程序执行结果的前提下，指令的各个阶段可以通过重排序和组合来实现指令级并行。

volatile原理

volatile的底层实现原理是内存屏障 memory barrier

• 对volatile变量的写指令后会加入写屏障
• 对volatile变量的读指令前会加入读屏障

可见性

• 写屏障保证在该屏障之前的，对于共享变量的改动，都同步到主存中
• 读屏障保证在该屏障之后，对共享变量的读取加载时的主存中的最新数据

有序性

• 写屏障会保证指令重排时，不会将写屏障之前的代码排在写屏障之后
• 读屏障会保证指令重排时，不会将读屏障之后的代码排在读屏障之前
• 有序性仅仅是在同一线程有序

原子性

• volatile不能保证原子性，仅能够保证之后读能读到最新数据，多线程不能保证原子性

hanppens-before

happens-before规定了贡献该变量的写操作对其他线程的读操作可见

• synchronized
• volatile
• 在线程start之前的写，对于start后读可见
• 线程结束之前会将工作内存的值同步到主内存中
• 对变量默认值的写，对其他线程的读可见
• 传递性