Java內存模型-鎖的內存語義

一 引言

　　在說volatile的內存語義時，講過這樣一句話：想要理解透volatile特性有一個很好的方法，就是把對volatile變量的單個讀/寫，當作是使用同一個鎖對這些單個讀/寫操做作了同步。因此其實鎖的釋放和獲取與volatile的寫和讀具備相同的內存語義。

二 鎖的釋放-獲取創建的happens-before關係

　　不清楚happens-before規則的請前去看-看，這裏就不在細說了。因爲在以前沒有舉例說明監視器鎖規則，那麼在這裏就詳細說明下，下面是鎖釋放-獲取的示例代碼：

public class MonitorExample {
    int a = 0;

    public synchronized void writer() { // 1
        a += 1;                         // 2
    }                                   // 3

    public synchronized void reader() { // 4
        System.out.println(a);          // 5
    }                                   // 6

    public static void main(String[] args) {
        final MonitorExample me = new MonitorExample();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                me.writer();
            }
        });
        t1.start();

        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                me.reader();
            }
        });
        t2.start();
    }
}

　　這裏咱們假設線程1先執行writer()方法，隨後線程B執行reader()方法（知道爲何要假設？由於不是必定按這種順序發生，能夠測試下結果）。根據happens-before規則，這個過程包含的happens-before關係能夠分爲3類：

　　1） 根據程序次序規則：1 happens-before 2， 2 happens-before 3， 4 happens-before 5， 5 happens-before 6；

　　2）根據監視器鎖規則：3 happens-before 4；

　　3）根據傳遞性規則，2 happens-before 5。

　　上述happens-before關係的圖形化表現形式以下：

 

三 鎖的釋放和獲取的內存語義

　　當線程釋放鎖時，JMM會把該線程對應的本地內存中的共享變量刷新到主內存中。以上面的MonitorExample程序爲例，線程1釋放鎖後，共享數據的狀態示意圖以下：

　　當線程獲取鎖時，JMM會把該線程對應的本地內存置爲無效。從而使得被監視器保護的臨界區代碼必須從主內存中讀取共享變量。

 　　對比鎖釋放-讀取的內存語義與volatile寫-讀的內存語義能夠看出，鎖釋放與volatile寫具備相同的內存語義；鎖獲取與volatile讀具備相同的內存語義。下面對鎖釋放和鎖獲取的內存語義作個總結。

• 線程1釋放一個鎖，實質上是線程1向接下來將要獲取這個鎖的某個線程發出了（線程1對共享變量所作修改的）消息。
• 線程2獲取一個鎖，實質上是線程2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1鎖釋放，隨後線程2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。

四 鎖內存語義的實現

　　鎖有不少種，但其基本原理都是差很少的。書上是以ReentrantLock中的公平鎖與非公平鎖做爲案例分析，有興趣的同窗能夠去閱讀原籍和源碼。現總結以下：

• 公平鎖和非公平鎖釋放時，最後都要寫一個volatile變量state。
• 公平鎖獲取是，首先會去讀volatile變量。
• 非公平鎖獲取時，首先會用CAS更新volatile變量，這個操做同時具備volatile讀和寫的內存語義。

　　因此鎖釋放-獲取的內存語義的實現至少有下面兩種方式：

　　1）利用volatile變量的寫-讀所具備的內存語義。

　　2）利用CAS所附帶的volatile讀和volatile寫的內存語義。

　　由此可知：併發包下的類的實現方式大部分都是基於這兩種方式實現的。