java内存模型之二

时间:2019-05-15
本文章向大家介绍java内存模型之二,主要包括java内存模型之二使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。

1 volatile的内存语义

  1.1 理解volatile特性的一个好方法是把对volatile变量的单个读/写,看成是使用同一个锁对这些单个读/写操作做了同步。锁的happens-before规则保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性,这意味着对 一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。  

  锁的语义决定了临界区代码的执行具有原子性。这意味着,即使是64位的long型和double 型变量,只要它是volatile变量,对该变量的读/写就具有原子性。如果是多个volatile操作或类 似于volatile++这种复合操作,这些操作整体上不具有原子性。

  简而言之,volatile变量自身具有下列特性。  

  ·可见性:对一个volatile变量的读,总是能看到(任意线程)对这个volatile变量最后的写入。

  ·原子性:对任意单个volatile变量的读/写具有原子性,但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性。

  1 .2volatile的写读内存语义 

  volatile写的内存语义如下:

    当写一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。以下面示例程序VolatileExample为例;

public class VolatileExample {
    int a = 0;
    volatile boolean flag = false;
    public void writer(){
        a = 1;
        flag = true;
    }
    public void reader(){
        if (flag){
            int i = a;
        }
    }
}

  假设线程A首先执行writer()方法,随后线程B执行 reader()方法,初始时两个线程的本地内存中的flag和a都是初始状态。图3-17是线程A执行 volatile写后,共享变量的状态示意图。 

  线程A在写flag变量后,本地内存A中被线程A更新过的两个共享变量的值 被刷新到主内存中。此时,本地内存A和主内存中的共享变量的值是一致的。

volatile读的内存语义如下: 

  当读一个volatile变量时,JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。

  

  如图所示,在读flag变量后,本地内存B包含的值已经被置为无效。此时,线程B必须从主 内存中读取共享变量。线程B的读取操作将导致本地内存B与主内存中的共享变量的值变成一致。

  如果我们把volatile写和volatile读两个步骤综合起来看的话,在读线程B读一个volatile变 量后,写线程A在写这个volatile变量之前所有可见的共享变量的值都将立即变得对读线

总结写和读volatile内存语义:

  线程A写一个volatile变量,实质上是线程A向接下来将要读这个volatile变量的某个线程发出了(其对共享变量所做修改的)消息。

    线程B读一个volatile变量,实质上是线程B接收了之前某个线程发出的(在写这个volatile变量之前对共享变量所做修改的)消息。

  线程A写一个volatile变量,随后线程B读这个volatile变量,这个过程实质上是线程A通过 主内存向线程B发送消息。

   1.3volatile的内存语义实现

  前文提到过重排序分为编译器重排序和处理器重排序。为了实现volatile内存语义,JMM 会分别限制这两种类型的重排序类型。表3-5是JMM针对编译器制定的volatile重排序规则表。

  

  当第二个操作是volatile写时,不管第一个操作是什么,都不能重排序。这个规则确保 volatile写之前的操作不会被编译器重排序到volatile写之后。
  当第一个操作是volatile读时,不管第二个操作是什么,都不能重排序。这个规则确保 volatile读之后的操作不会被编译器重排序到volatile读之前。
  当第一个操作是volatile写,第二个操作是volatile读时,不能重排序。

  为了实现volatile的内存语义,编译器在生成字节码时,会在指令序列中插入内存屏障来禁止特定类型的处理器重排序,JMM采取保守策略:

  在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障;

  在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏;

  在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障;

  在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障;

下面是保守策略下,volatile写插入内存屏障后生成的指令序列示意图:

  

  如上图的StoreStore屏障可以保证在volatile写之前,其前面的所有普通写操作已经对任 意处理器可见了。这是因为StoreStore屏障将保障上面所有的普通写在volatile写之前刷新到主
内存。volatile写后面的StoreLoad屏障。此屏障的作用是避免volatile写与 后面可能有的volatile读/写操作重排序。因为编译器常常无法准确判断在一个volatile写的后面 是否需要插入一个StoreLoad屏障(比如,一个volatile写之后方法立即return)。为了保证能正确 实现volatile的内存语义,JMM在采取了保守策略:在每个volatile写的后面,或者在每个volatile 读的前面插入一个StoreLoad屏障。从整体执行效率的角度考虑,JMM最终选择了在每个 volatile写的后面插入一个StoreLoad屏障。因为volatile写-读内存语义的常见使用模式是:一个 写线程写volatile变量,多个读线程读同一个volatile变量。当读线程的数量大大超过写线程时, 选择在volatile写之后插入StoreLoad屏障将带来可观的执行效率的提升。从这里可以看到JMM

在实现上的一个特点:首先确保正确性,然后再去追求执行效率。

  下面是在保守策略下,volatile读插入内存屏障后生成的指令序列示意图:

  

 

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