线程间通信

Java多线程的等待/通知机制是基于 Object 类的 wait() ⽅法（wait方法会释放线程所持有的锁）和 notify或者notifyAll方法来实现的。

那么java中线程的通信与同步是如何实现的呢？——Java内存模型（JMM）

JMM

JMM即Java Memory Model,它定义了主存，工作内存抽象概念，底层对应着CPU寄存器、缓存、硬件内存、CPU指令优化等。
JMM体现在以下几个方面

  1. 原子性-保证指令不会受到线程上下文切换的影响
  2. 可见性-保证指令不会受cpu缓存的影响
  3. 有序性-保证指令不会受cpu指令并行优化的影响

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  • 线程访问共享变量（堆中数据）时，并不是直接访问，而是要经过JMM
  • 每个线程都保存了一份该线程需要使用到的共享变量副本，于是当线程A与线程B要通信，需要做以下步骤：
    • 线程a将本地内存的共享变量副本值更新到主内存
    • 线程b从主内存读取更新后的共享变量

总结： JMM通过控制主内存与每个线程的本地内存之间的交互，来提供内存可见性保证

volatile关键字

volatile主要有以下两个功能：

  1. 保证变量的内存可见性（控制线程到主存中重新获取值）
  2. 保证有序性，禁止并行时指令重排序 （读写屏障）
  3. 注意！ volatile并不保证原子性，也就是说，volatile不能阻止指令交错

我们来看看volatile 如何实现内存可见性

  1. public class demo8volatiledemo {
  2.     int a = 0;
  3.     volatile boolean flag = false;
  4.     public void writer() {
  5.         a = 1; // step 1
  6.         flag = true; // step 2
  7.     }
  8.     public void reader() {
  9.         if (flag) { // step 3
  10.             System.out.println(a); // step 4
  11.         }
  12.     }
  13. }
  • 当运行step2时， JMM会立即把该线程对应的本地内存中的共享变量的值刷新到主内存
  • 当运行step3时， JMM会把立即该线程对应的本地内存置为⽆效，从主内存中读取共享变量的值。

在保证内存可⻅性这⼀点上，volatile有着与锁相同的内存语义，所以可以作为⼀个 “轻量级”的锁来使⽤。但由于volatile仅仅保证对单个volatile变量的读/写具有原子性，⽽锁可以保证整个临界区代码的执⾏具有原子性。 所以在功能上，锁比volatile更强⼤；在性能上，volatile更有优势 而且volatile更适合用在一个线程写，多个线程读的情景

happens-before

  • 对于程序员：JMM 向程序员提供的 happens-before 规则能满足程序员的需求，也向程序员 提供了足够强的内存可见性保证。
  • 对于处理器和编译器： 只要不改变程序的执行结果（指的是单线程程序和正确同步的多线程程序），编译器和处理器 怎么优化都行。例如锁消除和volatile消除。

happens-before规定了对共享变量的写操作对其它线程的读操作可见，它是可见性与有序性的一套规则总结。
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