JMM內(nèi)存分析

Java的內(nèi)存模型,實(shí)際上就是JMM(Java Memory Model),它描述了一系列的規(guī)則或者是規(guī)范磕谅,用來(lái)解決多線程的共享變量問(wèn)題私爷,比如 volatilesynchronized等關(guān)鍵字膊夹。

面試經(jīng)歷:JMM內(nèi)存 -> 三個(gè)關(guān)鍵詞 -> 并發(fā)編程

(1)衬浑,JMM的結(jié)構(gòu)

JMM 分為主存儲(chǔ)器Main Memory)和工作存儲(chǔ)器Working Memory)兩種。

  • 主存儲(chǔ)器是實(shí)例位置所在的區(qū)域放刨,所有的實(shí)例都存在于主存儲(chǔ)器內(nèi)工秩。比如,實(shí)例所擁有的字段即位于主存儲(chǔ)器內(nèi)进统,主存儲(chǔ)器是所有的線程所共享的助币。
  • 工作存儲(chǔ)器是線程所擁有的作業(yè)區(qū),每個(gè)線程都有其專(zhuān)用的工作存儲(chǔ)器螟碎。工作存儲(chǔ)器存有主存儲(chǔ)器中必要部分的拷貝奠支,稱(chēng)之為工作拷貝(Working Copy)。

在這個(gè)模型中抚芦,線程無(wú)法對(duì)主存儲(chǔ)器直接進(jìn)行操作倍谜。如果兩個(gè)不同的線程通信,如線程 A 想要和線程 B 通信叉抡,只能通過(guò)主存進(jìn)行交換尔崔。 => 正是因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì),需要一些原子操作(Action)來(lái)控制主存和工作內(nèi)存的交互褥民。

(2)季春,三大特性

1),原子性

JMM 保證了 read消返、load载弄、assign、use撵颊、store 和 write六個(gè)操作具有原子性宇攻,對(duì)其他基本數(shù)據(jù)類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元的訪問(wèn)讀寫(xiě)都是原子的。

  • (1)倡勇,LongDouble類(lèi)型比較特殊逞刷,在64位系統(tǒng)中是可以可以保證原子性的,但是在32位的系統(tǒng)中妻熊,對(duì)64位的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)就需要多條指令來(lái)完成夸浅,所以不具備原子性。
  • (2)扔役,為了保證longdouble類(lèi)型的原子性
    • 使用synchronized關(guān)鍵字或Lock對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)線程間的同步帆喇,確保對(duì)longdouble類(lèi)型的讀寫(xiě)操作是原子的。
    • 使用AtomicLong亿胸、AtomicDouble等原子類(lèi)坯钦,這些類(lèi)提供了針對(duì)longdouble類(lèi)型的原子操作方法法严,可以確保讀寫(xiě)操作的原子性。
    • 使用volatile關(guān)鍵字來(lái)修飾longdouble類(lèi)型的變量葫笼,可以保證可見(jiàn)性深啤,即一個(gè)線程對(duì)變量的修改對(duì)其他線程是可見(jiàn)的。對(duì)于原子性的實(shí)現(xiàn)表述:volatile可以保證對(duì)變量的單個(gè)讀寫(xiě)操作的原子性路星,但無(wú)法保證多個(gè)操作的原子性溯街。如果需要進(jìn)行復(fù)合操作,比如一個(gè)由多個(gè)讀寫(xiě)操作組成的原子操作洋丐,仍然需要使用synchronized關(guān)鍵字或者java.util.concurrent.atomic包中提供的原子類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全呈昔。
自用-常用分析圖-JMM內(nèi)存原子操作梳理.drawio.png

原子操作的具體實(shí)現(xiàn)

  1. Read(讀取):作用于主內(nèi)存友绝,負(fù)責(zé)將主內(nèi)存中數(shù)據(jù)傳入到線程的工作內(nèi)存中堤尾。
  2. Load(載入):作用于工作內(nèi)存,把Read操作的值讀入到工作內(nèi)存的變量副本中迁客。
  3. Store(存儲(chǔ)):作用于工作內(nèi)存郭宝,負(fù)責(zé)將工作內(nèi)存的一個(gè)變量傳入到主內(nèi)存中。
  4. Write(寫(xiě)入):作用于主內(nèi)存掷漱,把Store傳入的值寫(xiě)入到主內(nèi)存的變量粘室。
  5. Use(使用):作用于工作內(nèi)存,當(dāng)虛擬機(jī)中有使用到這個(gè)變量的時(shí)候卜范,會(huì)調(diào)用該指令衔统,即負(fù)責(zé)將工作內(nèi)存的值傳遞給執(zhí)行引擎。
  6. Assign(賦值):作用于工作內(nèi)存海雪,負(fù)責(zé)將執(zhí)行引擎?zhèn)魅氲淖兞抠x值給工作內(nèi)存的變量锦爵。
  7. Lock(鎖定):作用于主內(nèi)存,把變量標(biāo)記為線程獨(dú)占狀態(tài)奥裸。
  8. Unlock(解鎖):作用于主內(nèi)存险掀,負(fù)責(zé)釋放獨(dú)占狀態(tài)。

2)刺彩,可見(jiàn)性

可見(jiàn)性是指當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值迷郑,其他線程也能立即感知到這種變化枝恋。volatile创倔、synchronized、final 和鎖焚碌,都是保證可見(jiàn)性的方式畦攘。

  1. volatile 關(guān)鍵字的變量,每當(dāng)變量的值有變動(dòng)時(shí)十电,都會(huì)把更改立即同步到主內(nèi)存中知押;而如果某個(gè)線程想要使用這個(gè)變量叹螟,則先要從主存中刷新到工作內(nèi)存上,這樣就確保了變量的可見(jiàn)性台盯。
  2. 鎖和同步關(guān)鍵字就比較好理解一些罢绽,它是把更多個(gè)操作強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為原子化的過(guò)程。由于只有一把鎖静盅,變量的可見(jiàn)性就更容易保證良价。 => 即通過(guò)原子化來(lái)避免其他的線程獲取,從而保證變量的可見(jiàn)性只會(huì)是自己蒿叠。

3)明垢,有序性

指令重排序是 JVM 為了優(yōu)化指令,來(lái)提高程序運(yùn)行效率的市咽,在不影響單線程程序執(zhí)行結(jié)果的前提下痊银,按照一定的規(guī)則進(jìn)行指令優(yōu)化,從而會(huì)表現(xiàn)出“無(wú)序性”施绎。而通過(guò)添加上volatile關(guān)鍵字溯革,禁止重排序,可以確保程序的“有序性”谷醉。

(3)鬓照,內(nèi)存屏障

內(nèi)存屏障(Memory Barrier)的作用是在特定的條件下的重排序和內(nèi)存可見(jiàn)性問(wèn)題。Java編譯器在生成字節(jié)碼的時(shí)候孤紧,會(huì)在執(zhí)行指令序列的適當(dāng)位置插入內(nèi)存屏障來(lái)限制處理的重排序豺裆。

參考連接

  1. 大廠面試題:不要搞混 JMM 與 JVM
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