JMM

内存模型定义了共享内存系统中多线程程序读写操作行为的规范,来屏蔽各种硬件和操作系统的内存访问差异,来实现 Java 程序在各个平台下都能达到一致的内存访问效果。
从抽象的角度来看,JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系:线程之间的共享变量存储在主内存(Main Memory)中,每个线程都有一个私有工作内存(Local Memory),工作内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。工作内存是JMM的一个抽象概念,并不真实存在。它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他的硬件和编译器优化。
线程对变量的所有操作(读取、赋值)都必须在工作内存中进行,不能直接读写主内存中的变量。并且不同的线程之间无法访问对方工作内存中的变量,线程间的变量值的传递都需要通过主内存来完成。

JMM规定了3类并发安全问题:

  1. 变量的原子性问题。
  2. 变量的可见性问题
  3. 变量修改的时序性问题。

image.png

image.png
导致可见性的原因是缓存,导致有序性的原因是编译优化,那解决可见性、有序性最直接的办法就是禁用缓存和编译优化,但是这样问题虽然解决了,我们程序的性能可就堪忧了。合理的方案应该是按需禁用缓存以及编译优化。那么,如何做到“按需禁用”呢?对于并发程序,何时禁用缓存以及编译优化只有程序员知道,那所谓“按需禁用”其实就是指按照程序员的要求来禁用。所以,为了解决可见性和有序性问题,只需要提供给程序员按需禁用缓存和编译优化的方法即可。Java 内存模型是个很复杂的规范,可以从不同的视角来解读,站在我们这些程序员的视角,本质上可以理解为,Java 内存模型规范了 JVM 如何提供按需禁用缓存和编译优化的方法。具体来说,这些方法包括 volatile、synchronized 和 final 三个关键字,以及六项 Happens-Before 规则,用来屏蔽不同的操作系统之间的差异性。
为什么定义Java内存模型?现代计算机体系大部是采用的对称多处理器的体系架构。每个处理器均有独立的寄存器组和缓存,多个处理器可同时执行同一进程中的不同线程,这里称为处理器的乱序执行。在Java中,不同的线程可能访问同一个共享或共享变量。如果任由编译器或处理器对这些访问进行优化的话,很有可能出现无法想象的问题,这里称为编译器的重排序。除了处理器的乱序执行、编译器的重排序,还有内存系统的重排序。因此Java语言规范引入了Java内存模型,通过定义多项规则对编译器和处理器进行限制,主要是针对可见性和有序性
Java内存模型涉及的几个关键词:锁、volatile字段、final修饰符与对象的安全发布。其中:
第一是锁,锁操作是具备happens-before关系的,解锁操作happens-before之后对同一把锁的加锁操作。实际上,在解锁的时候,JVM需要强制刷新缓存,使得当前线程所修改的内存对其他线程可见。
第二是volatile字段,volatile字段可以看成是一种不保证原子性的同步但保证可见性的特性,其性能往往是优于锁操作的。但是,频繁地访问 volatile字段也会出现因为不断地强制刷新缓存而影响程序的性能的问题。
第三是final修饰符,final修饰的实例字段则是涉及到新建对象的发布问题。当一个对象包含final修饰的实例字段时,其他线程能够看到已经初始化的final实例字段,这是安全的


内存模型解决并发问题主要采用两种方式:**限制处理器优化(告诉CPU不要进行重排序)使用内存屏障