深刻理解java內存模型一

併發編程模型的分類

概要

併發編程中，須要處理兩個問題：

1. 線程之間如何通訊
2. 線程之間如何同步

1.線程通訊：

定義：是指線程之間以何種機制來交換信息。
在命令式編程中，線程通訊機制有兩種：共享內存和消息傳遞。

在共享內存的併發模型裏，線程之間共享程序的公共狀態，線程之間經過寫-讀內存中的公共狀態來隱式的通訊。
在消息傳遞的併發模型裏，線程之間沒有公共狀態，線程之間必須經過明確的發送消息來顯示的進行通訊。

2.同步：

定義：是指程序用於控制不一樣線程之間操做發生相對順序的機制。
在共享內存併發模型裏，同步是顯示進行的。程序必須指定某個方法或某個代碼段須要在線程之間互斥執行。
在消息傳遞併發模型裏，因爲消息的發送必須在消息的接收以前，所以同步是隱式進行的。

3.java內存模型特性

java採用的是共享內存模型，java線程之間的通訊是隱式進行，整個通訊過程對程序透明。

java內存模型的抽象

在java中，全部實例域，靜態域和數組元素都存儲在堆內存中，堆內存在線程之間共享(共享變量)
局部變量（Local variables），方法定義參數（java語言規範稱之爲formal method parameters）和異常處理器參數（exception handler parameters）不會在線程之間共享，它們不會有內存可見性問題，也不受內存模型的影響。

Java線程之間的通訊由Java內存模型（本文簡稱爲JMM）控制，JMM決定一個線程對共享變量的寫入什麼時候對另外一個線程可見。

從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內存之間的抽象關係：線程之間的共享變量存儲在主內存（main memory）中，每一個線程都有一個私有的本地內存（local memory），本地內存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。

本地內存是JMM的一個抽象概念，並不真實存在。它涵蓋了緩存，寫緩衝區，寄存器以及其餘的硬件和編譯器優化。

重排序

爲了提升性能，編譯器和處理器經常會對指令作重排序。重排序分爲三種類型：

1. 編譯器優化的重排序。
2. 指令級並行的重排序
3. 內存系統的重排序。

處理器重排序與內存屏障指令

處理器對內存的讀/寫操做的執行順序，不必定與內存實際發生的讀/寫操做順序一致！

這裏處理器A和處理器B能夠同時把共享變量寫入本身的寫緩衝區（A1，B1），而後從內存中讀取另外一個共享變量（A2，B2），最後才把本身寫緩存區中保存的髒數據刷新到內存中（A3，B3）。當以這種時序執行時，程序就能夠獲得x = y = 0的結果。
從內存操做實際發生的順序來看，直處處理器A執行A3來刷新本身的寫緩存區，寫操做A1纔算真正執行了。雖然處理器A執行內存操做的順序爲：A1->A2，但內存操做實際發生的順序倒是：A2->A1。此時，處理器A的內存操做順序被重排序了。

happens-before

若是一個操做執行的結果須要對另外一個操做可見，那麼這兩個操做之間必需要存在happens-before關係。這裏提到的兩個操做既能夠是在一個線程以內，也能夠是在不一樣線程之間。

與程序員密切相關的happens-before規則以下：

• 程序順序規則：一個線程中的每一個操做，happens- before 於該線程中的任意後續操做。
• 監視器鎖規則：對一個監視器鎖的解鎖，happens- before 於隨後對這個監視器鎖的加鎖。
• volatile變量規則：對一個volatile域的寫，happens- before 於任意後續對這個volatile域的讀。
• 傳遞性：若是A happens- before B，且B happens- before C，那麼A happens- before C。

來自爲知筆記(Wiz)