Java并發(fā)編程中的內(nèi)存模型是什么

這篇文章主要介紹“Java并發(fā)編程中的內(nèi)存模型是什么”，在日常操作中，相信很多人在Java并發(fā)編程中的內(nèi)存模型是什么問(wèn)題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”Java并發(fā)編程中的內(nèi)存模型是什么”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

1、什么是Java的內(nèi)存模型

Java內(nèi)存模型簡(jiǎn)稱JMM（Java Memory Model），JMM是和多線程并發(fā)相關(guān)的一組規(guī)范。各個(gè)jvm實(shí)現(xiàn)都要遵循這個(gè)JMM規(guī)范。才能保證Java代碼在不同虛擬機(jī)順利運(yùn)行。因此，JMM 與處理器、緩存、并發(fā)、編譯器有關(guān)。它解決了CPU 多級(jí)緩存、處理器優(yōu)化、指令重排等導(dǎo)致的結(jié)果不可預(yù)期的問(wèn)題。

2、為什么需要Java內(nèi)存模型

程序的運(yùn)行結(jié)果依賴于處理器，而不同的處理器規(guī)則都不一樣，不同處理器差異是很大的，所以同段代碼在處理器A運(yùn)行正常，搬到處理器B運(yùn)行結(jié)果是不一樣的，所以為了兼容這種差異，推出了Java內(nèi)存模型規(guī)范，JMM是一個(gè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，JMM保證了不同處理器的處理結(jié)果一致，同時(shí)也保證不同編譯器、jvm等等的一致性。所以就保證了Java語(yǔ)言“書寫一次、到處運(yùn)行”

3、Java內(nèi)存模型及操作規(guī)范

1.共享變量都是放在主內(nèi)存中的

2.每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存，線程只可操作自己的工作內(nèi)存

3.線程要操作共享變量，需要從主內(nèi)存中讀取到工作內(nèi)存，改變值之后要從工作內(nèi)存同步到主內(nèi)存

4、Java內(nèi)存模型規(guī)定的原子操作

Java內(nèi)存模型的同步交換協(xié)議，規(guī)定了8種原子操作

原子操作：不可被中斷的一個(gè)或一系列操作

• lock（鎖定）：將主內(nèi)存中的變量鎖定，為一個(gè)線程所獨(dú)占

• unlock（解鎖）：將lock加的鎖解除，其他的線程有機(jī)會(huì)訪問(wèn)此變量

• read（讀取）：作用于主內(nèi)存變量，將主內(nèi)存中的變量值讀取到工作內(nèi)存

• load（加載）：作用于工作內(nèi)存，將read讀取到的值保存到工作內(nèi)存中的變量副本

• use（使用）：作用于工作內(nèi)存變量，將值傳遞給線程的代碼執(zhí)行引擎

• assign（賦值）：作用于工作內(nèi)存變量，將執(zhí)行引擎處理返回的值重新賦值給變量副本

• store（存儲(chǔ)）：作用于工作內(nèi)存變量，將變量副本的值傳送到主內(nèi)存中

• write（寫入）：作用于主內(nèi)存變量，將store傳送過(guò)來(lái)的值寫入到主內(nèi)存的共享變量中

Java內(nèi)存模型的同步交互協(xié)議，執(zhí)行上述8種原子操作時(shí)必須滿足如下規(guī)則

不允許read和load，store和write操作之一單獨(dú)出現(xiàn)。即不允許加載或同步工作到一半。

不允許一個(gè)線程丟棄它最近的assign操作，即變量在工作內(nèi)存中改變之后，必須將數(shù)據(jù)同步回主內(nèi)存

不允許一個(gè)線程無(wú)原因地（無(wú)assign操作）將數(shù)據(jù)從工作內(nèi)存同步到主內(nèi)存中。

一個(gè)新的變量可能在主內(nèi)存中誕生。

一個(gè)變量在同一個(gè)時(shí)刻只允許一條線程對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ock操作，但lock操作可以被同一條線程重復(fù)執(zhí)行多次，多次lock之后必須要執(zhí)行相同次數(shù)unlock操作，變量才會(huì)解鎖

如果對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行l(wèi)ock操作，那么會(huì)清空工作內(nèi)存變量中的值，在執(zhí)行引擎使用這個(gè)變量前，需要重新執(zhí)行l(wèi)oad或assign操作初始變量的值

如果一個(gè)對(duì)象事先沒(méi)有被lock，就不允許對(duì)其進(jìn)行unlock操作，也不允許去unlock一個(gè)被其他線程鎖住的變量。

對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行unlock操作之前，必須將此變量同步回主內(nèi)存中（執(zhí)行store、write）

5、Java內(nèi)存模型同步協(xié)議

Java內(nèi)存模型的同步協(xié)議，操作規(guī)范 將一個(gè)變量從主內(nèi)存復(fù)制到工作內(nèi)存要順序執(zhí)行read、load操作；要將變量從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存要用store、write操作。只要求順序執(zhí)行，不一定是連續(xù)執(zhí)行

圖引用網(wǎng)上資料：

6、Java內(nèi)存模型的HB法則

并發(fā)編程有三個(gè)重要特效：原子行、可見(jiàn)性、有序性

• 原子性：原子性是指一個(gè)或者多個(gè)操作，要么全部執(zhí)行且執(zhí)行過(guò)程不會(huì)被其它操作打斷，要么全部不執(zhí)行。

• 可見(jiàn)性：可見(jiàn)性是指共享變量對(duì)于多個(gè)線程都是可見(jiàn)的，也即一個(gè)線程修改了變量，其它線程馬上就能知道

• 有序性：有序性是指程序的執(zhí)行順序按照代碼的先后順便執(zhí)行

在說(shuō)JMM的happens-before(HB)法則之前，先說(shuō)說(shuō)并發(fā)編程的有序性。說(shuō)到并發(fā)線程的有序性，還需要涉及到指令重排序

• 什么是指令重排?
  

假如我們寫一個(gè)程序，我們會(huì)期待這些語(yǔ)句的實(shí)際執(zhí)行順便和代碼的順序是一致的，大部分情況是一致的，但實(shí)際上，編譯器、JVM 或者 CPU 都有可能出于優(yōu)化等目的，對(duì)執(zhí)行的順序進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)就是指令重排序

• 重排序的好處：提高處理速度

代碼順序如圖：

指令重排后，a=100; a= a+100會(huì)提到一起執(zhí)行，效率提高

上面的例子，是可以提高執(zhí)行效率，但是有時(shí)候指令重排是會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題的，如下代碼例子，代碼順序是先初始化content，然后設(shè)置標(biāo)識(shí)為true，線程B檢測(cè)到為true之后，調(diào)用content的方法

如果指令重排后，這種情況就會(huì)出現(xiàn)沒(méi)初始化完成，就直接調(diào)用conten的方法

所以，指令重排有好處也有壞處，一般可能是cpu、編譯器或者是內(nèi)存會(huì)進(jìn)行指令重排，為了避免指令重排，保證并發(fā)編程的有序性，有時(shí)候需要使用synchronized等鎖或者volatile等等方式避免

1.JMM規(guī)定了happens-before（先行發(fā)生）原則，來(lái)保證很多操作的有序性。

2.當(dāng)我們代碼操作不滿足先行發(fā)生原則時(shí)，則需在編碼時(shí)使用volatile、synchronized來(lái)保證有序性

JMM的HB法則

• 程序順序規(guī)則：每個(gè)線程的每個(gè)操作都happens-before該線程中任意的后續(xù)操作

• 監(jiān)視器鎖規(guī)則：一個(gè)鎖的解除，happens-before于隨后對(duì)這個(gè)鎖的加鎖

• volatile變量規(guī)則：對(duì)volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對(duì)這個(gè)volatile域的讀

• 線程啟動(dòng)規(guī)則：在某個(gè)線程對(duì)象上調(diào)用start()方法happens-before被啟動(dòng)線程中的任意動(dòng)作

• 線程終止規(guī)則：線程中所有操作都先行發(fā)生于對(duì)此線程的終止檢測(cè)，如在線程t1中成功執(zhí)行了t2.join()，則t2中的所有操作對(duì)t2可見(jiàn)

• 線程中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生

• 對(duì)象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化完成（構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束）先行發(fā)生于它的finalize方法的開(kāi)始傳

• 遞性：如果A happens-before于B，且B happens-before 于C，那么A happens-before于C

到此，關(guān)于“Java并發(fā)編程中的內(nèi)存模型是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！