Java的內(nèi)存模型

java的后端服務器開發(fā)中"高效并發(fā)"是我們經(jīng)常會碰到的，而要寫出高效的代碼需要更多的積累與實踐。而一些基礎的內(nèi)容是往這個方向發(fā)展的基石。所以我們就來介紹下。

硬件效率的一致性

隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，處理器的處理能力越來越強大，但是與處理器交互的內(nèi)存的處理能力并沒有提升多少，讀取運算，存儲運算這些IO操作的瓶頸并沒有得以消除，處理器的處理效率比內(nèi)存的處理效率要高好幾個數(shù)量級，在這種情況下在處理器和內(nèi)存之間添加了一個高速緩存用以平衡相互關系，也就是將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)先保存到高速緩存中，處理器處理數(shù)據(jù)的時候直接從緩存中獲取，處理完成后再從緩存中將數(shù)據(jù)同步回內(nèi)存中。這樣既不會拖累處理器，也能很好的從內(nèi)存中操作數(shù)據(jù)。關系圖如下:

引入高速緩存解決了處理器和內(nèi)存的矛盾，但同時又產(chǎn)生了一個新的問題:緩存一致性,在多處理器的系統(tǒng)中，每個處理器都有自己的高速緩存，而他們又都共享同一主內(nèi)存。當多個處理器的運算任務都涉及到同一塊主內(nèi)存區(qū)域時，將可能導致各自緩存數(shù)據(jù)的不一致。為了解決一致性問題，需要各個處理器訪問緩存時都遵循一些協(xié)議。在讀寫時根據(jù)協(xié)議來操作。這里講的"內(nèi)存模型"可以理解為在特定操作協(xié)議下對特定的內(nèi)存或高速緩存進行讀寫訪問的過程抽象。java虛擬機也有自己的內(nèi)存模型，接下來我們看下。

Java內(nèi)存模型

java的內(nèi)存模型規(guī)定所有的變量都存儲在主內(nèi)存中，每條線程都有自己的工作內(nèi)存(類比上面的高速緩存)。線程的工作內(nèi)存中保存了該線程使用的變量的主內(nèi)存副本拷貝。線程對變量的所有操作(讀取，賦值)都必須在工作內(nèi)存中進行。而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量，不同線程之間也無法直接訪問對方工作內(nèi)存中的變量。線程間變量的傳遞均需要通過主內(nèi)存來完成。如下圖

內(nèi)存交互操作

主內(nèi)存和工作內(nèi)存之間具體的交互協(xié)議通過以下8個操作來完成。

將一個變量從主內(nèi)存中復制到工作內(nèi)存中，需要順序的執(zhí)行read和load操作。

如果要將變量從工作內(nèi)存中同步會主內(nèi)存，就要順序的執(zhí)行store和write操作如下。

內(nèi)存模型要求上述兩個操作必須按順序執(zhí)行，但不是連續(xù)，也就是說read和load之間、store和write之間可插入其他指令。可以出現(xiàn) read a,read b,load a,load b的情況，java內(nèi)存模型還要求了如下的規(guī)則，必須準守。

不允許read和load、store和write操作之一單獨出現(xiàn)，即不允許一個變量從主內(nèi)存讀取了但工作內(nèi)存不接受或者從工作內(nèi)存發(fā)起回寫但主內(nèi)存不接受的情況。

不允許一個線程丟棄它的最近的assign操作。即變量在工作內(nèi)存中改變了之后必須把變化同步會主內(nèi)存。

不允許一個線程無原因滴(沒有發(fā)生任何assign操作)把數(shù)據(jù)從線程的工作內(nèi)存同步會主內(nèi)存中。

一個新的變量只能在主內(nèi)存中“誕生”，不允許在工作內(nèi)存中直接使用一個未被初始化的變量。換句話說就是在對一個變量use、store操作之前必須先執(zhí)行過了assign和load操作

一個變量在同一時刻只允許一條線程對其進行l(wèi)ock操作，但lock操作可以被同一條線程重復執(zhí)行多次，多次執(zhí)行l(wèi)ock后，只要執(zhí)行相同次數(shù)的unlock操作，變量才會被解鎖。

如果對一個變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，將會清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎是喲歐這個變量之前需要重新執(zhí)行l(wèi)oad或者assign操作初始化變量的值。

如果一個變量沒有被lock操作鎖定，那么就不允許對它執(zhí)行unlock操作，也不允許去unlock一個被其他線程鎖定住的變量。

對一個變量執(zhí)行unlock操作之前，必須先把此變量同步回主內(nèi)存中(store,write操作)

以上八條就是Java內(nèi)存模型的操作規(guī)則。

參考《深入理解Java虛擬機》

Java 任務調(diào)度

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