對Java內存模型即JMM的理解

相似物理上的計算機系統，Java虛擬機規範中也定義了一種Java內存模型，即Java Memory Model（JMM），
來屏蔽掉各類硬件和操做系統的內存訪問差別，以實現讓Java程序在各類平臺下都能達到一致的併發效果。

如今最新的Java內存模型規範是JSR-133，即Java內存模型與線程規範，這套規範包含：

• 線程之間如何經過內存通訊；
• 線程之間經過什麼方式通訊才合法，才能獲得指望的結果。

理解內存模型對Java的併發編程有很大的幫助。

Java內存模型

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。
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。
本地內存是一個抽象概念，並不真實存在，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。

（1）主內存和本地內存
主內存即main memory。在java中，實例域、靜態域和數組元素是線程之間共享的數據，它們存儲在主內存中。
本地內存即local memory。 局部變量，方法定義參數 和 異常處理器參數是不會在線程之間共享的，它們存儲在線程的本地內存中。
（2）原子性
是指一個操做是按原子的方式執行的。要麼該操做不被執行；要麼以原子方式執行，即執行過程當中不會被其它線程中斷。

重排序

重排序是指「編譯器和處理器」爲了提升性能，而在程序執行時會對程序進行的重排序。
重排序分爲——「編譯器」和「處理器」兩個方面，而「處理器」重排序又包括「指令級重排序」和「內存的重排序」。
關於重排序，咱們須要理解它的思想：爲了提升程序的併發度，從而提升性能！可是對於多線程程序，重排序可能會致使程序執行的結果不是咱們須要的結果！所以，就須要咱們經過「volatile，synchronize，鎖等方式」做出正確的實現同步。

內存屏障

內存屏障包括LoadLoad, LoadStore, StoreLoad, StoreStore共4種內存屏障。內存屏障是與相應的內存重排序相對應的。
經過內存屏障能夠禁止特定類型處理器的重排序，從而讓程序按咱們預想的流程去執行。

順序一致性

順序一致性內存模型是理想化的內存模型。有如下規則：
（1）一個線程中的全部操做必須按照程序的順序來執行。
（2）全部線程都只能看到一個單一的操做執行順序。在順序一致性內存模型中，每一個操做都必須原子執行且馬上對全部線程可見。

鎖

鎖是java併發編程中最重要的同步機制。
（1）鎖的內存語義：
線程A釋放一個鎖，實質上是線程A向接下來將要獲取這個鎖的某個線程發出了（線程A對共享變量所作修改的）消息。
線程B獲取一個鎖，實質上是線程B接收了以前某個線程發出的（在釋放這個鎖以前對共享變量所作修改的）消息。
線程A釋放鎖，隨後線程B獲取這個鎖，這個過程實質上是線程A經過主內存向線程B發送消息。

 

（2）JMM如何實現鎖
公平鎖是經過「volatile」實現同步的。公平鎖在釋放鎖的最後寫volatile變量state；在獲取鎖時首先讀這個volatile變量。根據volatile的happens-before規則，釋放鎖的線程在寫volatile變量以前可見的共享變量，在獲取鎖的線程讀取同一個volatile變量後將當即變的對獲取鎖的線程可見。

非公平鎖經過CAS實現的，CAS就是compare and swap。CAS實際上調用的JNI函數，也就是CAS依賴於本地實現。以Intel來講，對於CAS的JNI實現函數，它保證：
禁止該CAS以前和以後的讀和寫指令重排序。
把寫緩衝區中的全部數據刷新到內存中。

 

final域

對於基本類型的final域，編譯器和處理器要遵照兩個重排序規則：
（1）final寫：「構造函數內對一個final域的寫入」，與「隨後把這個被構造對象的引用賦值給一個引用變量」，這兩個操做之間不能重排序。
（2）final讀：「初次讀一個包含final域的對象的引用」，與「隨後初次讀對象的final域」，這兩個操做之間不能重排序。
對於引用類型的final域，除上面兩條以外，還有一條規則：
（3）final寫：在「構造函數內對一個final引用的對象的成員域的寫入」，與「隨後在構造函數外把這個被構造對象的引用賦值給一個引用變量」，這兩個操做之間不能重排序。
寫final域的重排序規則能夠確保在引用變量爲任意線程可見以前，該引用變量指向的對象的final域已經在構造函數中被正確初始化過了。其實要獲得這個效果，還須要一個保證：在構造函數內部，不能讓這個被構造對象的引用爲其餘線程可見，也就是對象引用不能在構造函數中「逸出」。
JMM經過「內存屏障」實現final，在final域的寫以後，構造函數return以前，插入一個StoreStore障屏。在讀final域的操做前面插入一個LoadLoad屏障。

 

參考 InfoQ·深刻理解Java內存模型

 

轉：http://www.cnblogs.com/binyue/p/4311232.html