前言
注意:JMM与JVM是两个东西
JVM(Java Virtual Machine)是Java虚拟机,而JMM(Java Memory Model)是Java内存模型,本身是一种抽象的概念 并不真实存在,它描述的是一组规则或规范通过规范定制了程序中各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式。
JMM关键技术点都是围绕多线程的可见性、原子性、和有序性展开的。
JMM的出现与作用
出现背景:
- CPU与物理主存的速度不一致
- CPU的运行并不是直接操作主内存,而是先把主内存里面的数据读到缓存中,而内存的读与写操作时就会照成不一致问题。
如上图一般,在计算机中有这么一种处理CPU与主内存的差异的协议存在,Java本身身为跨平台的语言,为了屏蔽各系统之间的差异(如在Windows运行与在mac运行时保证一样的程序效果),所以在jvm规范中试图定义出一种内存模型(JMM)来屏蔽各硬件和操作系统的内存访问差异,。
作用:
- 通过JMM来实现线程和主内存之间的抽象关系。
- 屏敲各个硬件平台和操作系统的内存访问差异以实现让Java程序在各种平台下都能达到一致的内存访问效果。
JMM规范下的三大特性
即可见性、原子性、有序性。
可见性
是指当一个线程修改了某一个共享变量的值,其他线程是否能够立即知道该变更,JMM规定了所有的变量都存储在主内存中。
系统主内存共享变量数据修改被写入的时机是不确定的,多线程并发下很可能出现"脏读",所以每个线程都有自己的工作内存,线程自己的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作(读取,赋值等)都必需在线程自己的工作内存中进行,而不能够直接读写主内存中的变量。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成(不可跳过中间商)。
为了解决如上等问题,所以要保证数据的可见性,如volatile关键字。
原子性
指一个操作是不可打断的,即多线程环境下,操作不能被其他线程干扰,如加锁。
有序性
即指令重排序
是什么?
对于一个线程的执行代码而言,我们总是习惯性认为代码的执行总是从上到下,有序执行。但为了提升性能,编译器和处理器通常会对指令序列进行重新排序。Java规范规定JVM线程内部维持顺序化语义,即只要程序的最终结果与它顺序化执行的结果相等,那么指令的执行顺序可以与代码顺序不一致,此过程叫指令的重排序。
优缺点:
JVM能根据处理器特性(CPU多级缓存系统、多核处理器等)适当的对机器指令进行重排序,使机器指令能更符合CPU的执行特性,最大限度的发挥机器性能。但是,
指令重排可以保证串行语义一致,但没有义务保证多线程间的语义也一致(即可能产生"脏读"),简单说,
两行以上不相干的代码在执行的时候有可能先执行的不是第一条,不见得是从上到下顺序执行,执行顺序会被优化。
从源码到最终执行示例图:
单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行的结果一致。
处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性Ⅰ
(什么是数据依赖性?
结果显然是不能,为什么不能?因为语句4依赖之前的数据,这既是数据依赖性)
多线程环境中线程交替执行,由于编译器优化重排的存在,两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的,结果无法预测。
除了上诉的本身具有的情况不会指令重排,在某些情况下我们同样不允许语句1和语句2交换位置
所以我们要根据特殊场景业务禁止指令重排,来保证有序性。
此即为有序性。
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